具体实施方式

如本文和权利要求书中使用，“包括”是指包含以下元件，但不排除其它元件。

如本文和权利要求书中使用，“偶联”或“连接”是指经由一种或多种物理手段直接或间接地进行的连接，除非另有说明。

如本文和权利要求书中使用，“微流体”是指对流体或液体的精确控制和操纵，这些流体或液体在几何上被约束到较小的亚毫米尺度，在该尺度下，毛细管渗透将质量输运控制为低于0.01ml。本文公开的微流体系统不包含基于纸的微流体系统。“微流体盒”是指具有微流体结构的盒，其包括流体连接并被配置成处理流体样品的各种组件、模块、室等。本文公开的微流体盒进行生物学或生化测定，例如免疫测定。本文公开的微流体盒不包含用于聚合酶链反应(PCR)或核酸测序的应用。“免疫测定”是指涉及将抗体或抗原偶联到分子以检测分析物的测试。该分子可以是可以生成荧光信号或其它检测信号的分子。

“样品”是指待测试的物质，并且包含但不限于血液样品、血清样品、尿液样品、汗液样品、唾液样品、泪滴样品、鼻腔拭子、鼻咽拭子或包括其它体液的样品或其它非人类样品。在一些实施例中，样品被处理成使得可以通过微流体系统进行测试。例如，可以用缓冲液或其它试剂处理固体样品，以便分离或提取目标分析物。

如本文和权利要求书中使用，“分析物”是指但不限于存在于例如来自目标个体(包含但不限于例如动物或人类受试者)的体液、鼻腔拭子或血清样品中的病原体和生物分子。应当理解，当使用术语“分析物”时，它可以是指一种或多种分析物。

如本文和权利要求书中使用，“反应物”是指但不限于与一种或多种分析物(例如，抗体或抗原)反应的目标物质。该物质可以固定在诊断芯片上使用。应当理解，当使用术语“反应物”时，它可以是指一种或多种反应物。

如本文和权利要求书中使用，“流体”是指任何液体，包含但不限于液体样品、试剂、缓冲液。

如本文和权利要求书中使用，“诊断”是指检测分析物(不仅限于一种或多种疾病相关分析物)。然而，本文所述的诊断系统不包含核酸的扩增，例如聚合酶链反应(PCR)或核酸测序。

如本文和权利要求书中使用，“预供应”或“预装载”是指在微流体盒的制造过程期间供应或装载的流体(例如，试剂和/或反应物)，使得用户不需要供应或装载液体。

如本文和权利要求书中使用，“微型泵”是指致动至少一种流体的流体致动器。

如本文和权利要求书中使用，“微型阀”是指通道和/或储池之间的屏障。在一些示例性实施例中，微型阀是处于静止位置的关闭阀，并且可以在主动操作下打开，使得可以将流体或试剂预先密封在储池内以便长期储存。

将理解，尽管术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种限制、元件、组件、区域、层和/或区段，但是这些限制、元件、组件、区域、层和/或区段不应受这些术语的限制。这些术语仅用于一个限制、元件、组件、区域、层或区段与另一个限制、元件、组件、区域、层或区段的区分。因此，在不脱离本申请的教导的情况下，以下讨论的第一限制、元件、组件、区域、层或区段可以被称为第二限制、元件、组件、区域、层或区段。

将进一步理解，当某一元件被称为“在另一个元件上”或“连接”或“偶联”到另一个元件时，它可以直接在另一个元件上或之上，或连接或偶联到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当某一元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接连接”或“直接偶联”到另一个元件时，则不存在中间元件。应当以类似的方式来解释用于描述元件之间的关系的其它词语(例如，“在……之间”及“直接在……之间”、“相邻”及“直接相邻”等)。当某一元件在本文中被称为“在另一个元件上方”时，它可以在另一个元件上方或下方，并且可以直接偶联到另一个元件，或者可以存在中间元件，或者这些元件可以被空隙或间隙隔开。

将进一步理解，当元件被称为“顶部”或“底部”时，这些词语用于描述元件之间的相对位置。因此，在不脱离本申请的教导的情况下，下面讨论的“顶部”部分、元件、组件、区域、层或区段可以被称为“底部”部分、元件、组件、区域、层或区段。

实例1

1.设备

图1和图2示出了诊断系统，该诊断系统包括(1)诊断设备20和(2)与诊断设备20一起操作的微流体盒22。包含微流体芯片24和诊断芯片26的微流体盒22被配置成收集和操作至少一个样品，该样品可以包含至少一种分析物。微流体盒22还容纳和/或保持至少一种试剂。诊断设备20是便携式、手持且紧凑的装置，包含控制单元28、微流体盒驱动器单元30、光学检查单元32和显示单元34。控制单元28控制并连接到微流体盒驱动器单元30、光学检查单元32和显示单元34。微流体盒驱动器单元30被配置成容纳并驱动微流体盒22，使得所收集的样品和试剂以预定顺序通过微流体芯片24和诊断芯片26。在以预定顺序进行反应之后，微流体盒驱动器单元30还允许在相同微流体盒上的相同位置(location/position)进行诊断芯片的检查或分析。光学检查单元32被配置成在相同微流体盒上的相同位置检查诊断芯片26，反应也在该位置进行以分析分析物的存在。显示单元34被配置成向用户显示包含分析/诊断结果的相关信息。图2示出了控制单元28、微流体盒驱动器单元30、光学检查单元32、显示单元34和电源单元65被包封在独立式诊断设备中。在一个示例性实施例中，该设备在其前面板上包含微流体盒容纳孔，以用于容纳微流体盒22。

1.1微流体盒驱动器单元

1.1.1托盘和盒室

微流体盒驱动器单元包括托盘52和盒室42(参见图3)。

盒室42被配置成用于容纳微流体盒22。托盘52包括盒室42，该盒室容纳微流体盒22。托盘52用作进行以下操作的相同位置：(1)待以预定顺序运行的反应和(2)诊断芯片的检查和分析。在另一个示例性实施例中，电连接器44位于微流体盒22的下面，并且用作微流体盒22的接口，以驱动/控制电力/电流并向将其提供给微流体盒22。

单托盘系统通过设计消除了人为错误的可能性。图3示出了空托盘(左)和装配有微流体盒22的托盘(右)。

微流体盒22和盒室42被配置成使得微流体盒22可以装配到盒室42和托盘52中仅有一种可能的方式，并且因此消除了以不期望的定向或位置放置微流体盒22的诊断芯片26的可能性。

在一个示例性实施例中，托盘不具有锚固系统并且具有>0.5mm的公差。微阵列在物理上很小，并且相机捕捉很小的区域(大约2x3 mm²)。

在一个示例性实施例中，将锚固系统加入托盘52以确保诊断芯片被固定在托盘52中。在另一个示例性实施例中，锚固系统由两个彼此正交定位的锚固夹组成。一旦将诊断芯片放入托盘中，两个锚固夹一起工作将大大限制诊断芯片的移动。较少的移动意味着生物测定物的可能位置的变化较小，因此增加了检测准确性和精确度。额外的锚固夹的加入将公差降低到0.1mm，并且由于生物测定物位置的变化被最大程度地减少而实现了更准确的检测。

在一个示例性实施例中，微流体盒驱动器单元30包含轨道系统，该轨道系统包括至少一个托盘轨道，该轨道引导托盘并确保将生物测定物直接放置在光源51和相机62的下面。轨道系统被配置成容纳托盘的至少两个边缘并能够在长度方向上扩展，同时将托盘以及微流体盒22保持在轨道系统被配置成固定到其上的安装结构的上方。

1.1.2微流体盒操作单元

微流体盒驱动器单元30包括微流体盒操作单元41，该微流体盒操作单元控制微流体盒22的流体移动(参见图2)。微流体盒操作单元41包含电连接器44，该电连接器用作微流体盒22的接口以驱动/控制电力/电流并向将其提供给微流体盒22，以进行预定顺序来将来自微流体芯片24的试剂和样品驱动到诊断芯片26以进行反应。

图4示出了微流体盒操作单元41上的流体控制组件45。更具体地，该图示出了微流体盒操作单元上的两个储池的截面图。在一些示例性实施例中，微流体盒操作单元41进一步包括至少一个流体控制组件45，该流体控制组件被配置成控制微流体盒内的至少一种流体移动。流体控制组件45紧邻盒室定位。在一个示例性实施例中，流体控制组件45位于距盒室小于10cm的位置。流体控制组件45通过控制辐照光并打开促进流体移动的阀来改变微流体盒的至少一个特定部分的粘度，该辐照光在微流体芯片的特定部分上提供热量。由水凝胶的电解产生的气体有助于将试剂推过开口。在一个示例性实施例中，特定部分是密封微流体盒的塑料膜。预定顺序在本文中被详细讨论并且也在图4中示出。以特定次序辐照覆盖不同储池的塑料膜会使试剂离开储池并以特定次序开始反应，例如先是洗涤缓冲液，然后是封闭缓冲液，然后是抗体，然后再是洗涤缓冲液。控制信号和电力被提供给流体控制组件45。

1.2光学检查单元

如图5中示出的光学检查单元32的重量小于几千克(kg)，并且可以用于现场分析物分析/检测。光学检查单元32包含光学传感器48和照明系统50。在一些实施例中，光学检查单元32进一步包含一个或多个滤光片56。在一些实施例中，光学检查单元32进一步包含读取器58和开关60。微流体盒驱动器单元30的托盘在光学检查单元32的下方。微流体盒驱动器单元30被配置成使得当微流体盒被装配或固定在微流体盒驱动器单元30中时，微流体盒的诊断芯片直接在光学检查单元32的下方以进行检查。照明系统50包含至少一个光源51。在一些实施例中，照明系统50包含至少一个光源51和/或至少一个聚光透镜54。在一个示例性实施例中，光源51可以是单色或多色激光器或LED。光源51应足够强以激发荧光团。在一个示例性实施例中，光源51可以是具有蓝色LED颜色的高亮度LED射灯，例如TMS lite的高亮度LED射灯HBF-00-08-1-B-5V。TMS lite高亮度LED射灯HBF-00-08-1-B-5V的规格在以下表1和表2中示出。

表1.

表2.

在另一个示例性实施例中，照明系统50包括二极管激光器，该二极管激光器在诊断芯片26上辐射具有至少一个预定波长的至少一个激光光束，以生成至少一个信号。激光光束的预定波长被选择成使得可以生成至少一个可由光学传感器48检测到的信号。用户可以通过控制单元28选择/控制激光光束的强度和波长，以检测特定的分析物。激光光束以某一角度转向诊断芯片26，从而避免反射并生成更高质量的信号。预定波长例如在465到500nm、400到700nm、430到465nm、500到550nm、550到580nm、580到620nm或620到700nm的范围内。

在一个示例性实施例中，光源51包括均匀地释放光的光管53。光管53被配置成使得其将光引导到聚光透镜54或其它光学组件并且有助于将光束聚焦到诊断芯片上的生物测定物上。光管53与位于微流体盒上的特定位置处的诊断芯片上的生物测定物对准，并且微流体盒的位置由托盘和托盘轨道确定。

在一个示例性实施例中，照明系统50包括至少一个聚光透镜54，使得来自光源51的光的聚焦被优化。在一些实施例中，聚光透镜54位于光管53的与光源51相对的端部上。在一些实施例中，聚光透镜54位于光源51的前面。聚焦透镜54和相机62可以各自独立地安装或固定在一个或多个框架上，以防止光学设置期间的任何不期望的移动。在一个示例性实施例中，聚光透镜54可以是焦距为25.4mm的凸透镜，例如Thorlabs Inc.的LB1761-N-BK7双凸透镜，in，f＝25.4mm，未镀膜。聚光透镜54的规格如以下示出：

设计波长：587.6nm

焦距：f＝25.3±1％

后焦距(REF)：bf＝22.2mm

通光孔径：>90％

表面质量：40-20划痕-麻点

中心偏：<3弧分

直径公差：+0.0/-0.1mm

厚度公差：±0.1mm

当托盘52处于其对接位置时，微流体室位于光学传感器48和照明系统50下方。光学传感器48包含相机62和至少一个物镜64。在一些实施例中，光学传感器48进一步包含至少一个相机透镜55。光学传感器48接收来自诊断芯片26的信号，该信号通过照明系统50将激光辐射在盒室的托盘上保持的微流体盒22的诊断芯片26上而生成。然后，所接收的信号被发送到控制单元28以进行分析。光学传感器48在其检测的波长范围内可以具有高量子效率。在一个示例性实施例中，光学传感器48的相机62可以是电荷偶联装置(CCD)或任何其它合适的相机。在一个示例性实施例中，相机62是具有2/3型(对角线为11.0mm)CCD传感器的近红外优化相机。

光学传感器48的相机透镜55可以是任何合适的相机透镜或更高质量的透镜，例如显微镜级透镜，这取决于所使用的免疫测定的类型。在一个示例性实施例中，由于生物测定物在物理上很小，因此相机透镜55负责协助相机聚焦在生物测定物上。在一个示例性实施例中，相机透镜55是C卡口透镜。在一些实施例中，C卡口透镜位于相机和物镜之间。在一些示例性实施例中，C卡口透镜牢固地附接到相机。在一个示例性实施例中，C卡口透镜的焦距为16mm。在一个示例性实施例中，光学传感器48的物镜64是平面消色差物镜，4倍放大率，0.1数值孔径，工作距离为18.5mm，例如Thorlabs,Inc.的RMS4X-4X Olympus平场消色差物镜，0.10NA，18.5mm WD。

在一个示例性实施例中，光学检查单元32进一步包含一个或多个滤光片56。一个或多个滤光片56可以用于滤除从光源产生的具有不希望的波长的任何光和相机所拾取的信号中的任何不期望的噪声。取决于所使用的光源和荧光团，可以使用一个或一个以上滤光片56。照明系统50连接到滤光片。在一个示例性实施例中，一个或多个滤光片56被安装并对准在相机透镜55和物镜64之间。这允许滤除具有不希望的波长的任何光，并且仅允许具有特定波长或波长范围的光通过并到达生物测定物。相机62连接到相机透镜55，并且这两个组件连接到一个或多个滤光片56。这种与一个或多个滤光片56的连接允许任何不期望的信号(例如，噪声，其通常具有不同的波长，由生物测定物或任何不期望的反应产生)被过滤，并且因此将对真实信号的不希望的干扰降至最低。一个或多个滤光片56连接到光管，这有助于将过滤后的光束聚焦到生物测定物上。在一个示例性实施例中，使用了用于FITC荧光素的荧光滤光片组(发射波长为513-556nm且激发波长为467-498nm)例如，Techspec的用于FITC荧光素的67-004荧光滤光片组。用于FITC荧光素的67-004荧光滤光片组的规格如下示出：

兼容的荧光团：FITC

镀膜：硬镀膜

二向色截止波长(nm)：506.00

二向色滤光片：#67-080

发射滤光片：#67-031

发射波长(nm)：513-556

激发滤光片：#67-028

激发波长(nm)：467-498

制造商：EO

基板：熔融石英

类型：荧光滤光片套件

波长范围(nm)：467-556

RoHS：符合

在一些示例性实施例中，光学检查单元32进一步包含开关60。在另一个示例性实施例中，开关60是微型开关。微型开关附接到托盘轨道的后面，并且电连接到电源单元65。当通过托盘轨道将托盘52推入对接位置时，微型开关自动激活。在激活之后，微型开关可以开启读取器以读取微流体盒的标识。

在一些示例性实施例中，光学检查单元32进一步包含读取器58，以读取微流体盒的标识。在一个示例性实施例中，读取器58是条形码读取器。条形码读取器可以读取附接在或固定在微流体盒上的2D条形码。

在一个示例性实施例中，用户手动选择合适的程序来运行诊断芯片或微流体盒。在一些实施例中，该程序使用特定的预定电脉冲顺序来驱动适当的反应，分析并使用适当大小的微阵列来计算结果。

在一些示例性实施例中，内部条形码读取器被并入系统中，其中条形码读取器位于将放置微流体盒的位置的上方。在一个示例性实施例中，条形码附接或固定到微流体盒上(图5)。在另一个示例性实施例中，二维(2D)码附接或固定到微流体盒上。结合了微流体盒的标识、待测试的分析物或疾病、芯片的有效期的2D码在制造过程期间被放置在微流体盒上。在微流体盒插入托盘中之后，条形码读取器被激活，并且条形码读取器自动扫描2D码。该软件可以基于2D码自动选择正确的程序来使用。本特征消除了手动选择脉冲程序的需要，从而使设计更具用户友好性并且更不容易出现人为错误。在一个示例性实施例中，该软件还可以标识先前已经使用过的或有缺陷的微流体盒。该软件在屏幕上显示警告消息，并且不会继续执行该程序。

光学检查单元32中的组件被布置成使得形成紧凑的集成光学检查单元。这种紧凑的设计产生了更小、更轻的诊断系统。诊断系统应足够小且足够轻，以便在需要时可以在诊所之间移动。在一个示例性实施例中，本发明足够小且足够轻，以便随身携带到国内航班上。在一个示例性实施例中，设备的尺寸为大约30x30x30 cm³，重量为大约5-6kg。

下面描述了与光学检查单元32相关联的事件：

S1.用户将微流体盒放入托盘或微流体室中。

S2.用户在托盘轨道的引导下将托盘推入设备。

S3.在推入托盘时，开关被激活。

S4.开关开启条形码读取器。

S5.读取器读取打印在微流体盒上的代码。

S6.该代码含有微流体盒的标识，它会提示控制单元的软件自动选择与本微流体盒相关联的程序。

S7.一旦软件选择了正确的程序，就会生成特定的电脉冲顺序，并且电脉冲顺序会经由位于托盘的底部的电连接器通过微流体盒。本电脉冲顺序将微流体芯片中的试剂驱动出其储槽，并以预定顺序将其推入反应室。电脉冲还可以驱动流体控制组件45以促进微流体盒内的流体移动。

S8.一旦反应在反应室中完成，照明系统就被激活，并且通过光束激发生物测定物。

S9.光学传感器捕捉光学图像，并且通过软件对图像进行分析。

S10.结果显示在屏幕上，以供用户查看。无需人工解释。

1.3控制单元

控制单元28通常包含微处理器(CPU)、存储器和输入/输出(I/O)接口。控制单元28控制从光学检查单元32获得的信号的定量和定性分析、接口连接和存储，并且控制和监视诊断设备20的所有操作。

控制单元28进一步包含用于存储计算机可读代码的非暂时性计算机可读介质，使得当代码由微处理器执行时，其指示诊断设备20的所有部分执行和操作如以上和本文所述的步骤。非暂时性计算机可读介质可以包括任何已知类型的数据存储和/或传输介质，包含磁性介质、光学介质、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、数据缓存、数据对象等。此外，存储器可以驻留在单个物理位置(包括一种或多种类型的数据存储)，或者以各种形式跨多个物理系统分布。

在一个实施例中，控制单元28包括系统操作可能需要的软件模块。这些模块包含操作系统、应用模块、图像处理模块、用于控制如前所述的微流体芯片24中的流体流动的微流体盒驱动器软件模块以及用户接口软件模块。操作系统管理计算机硬件资源，并为所有计算机软件模块提供通用服务。操作系统可以是Apple iOS、Android、Microsoft Windows或Linux。操作系统还集成了各种通信协议，或有线或无线，例如局域网(LAN)、USB、Wi-fi、蓝牙等。应用模块是被设计成对设备执行操作的一组程序。它管理设备的数据以及作业数据、程序数据、客户端数据、微流体盒数据、泵设置、光学传感器设置以及从光学检查单元32收集的数据。图像处理模块光学检查单元32收集数据。图像处理模块选择诊断芯片26的目标区域并控制从中获取图像。图像处理模块还校正所获取的图像的亮度和对比度。当从图像处理模块接收这些图像时，控制单元28根据光学传感器48的设置来测量并比较诊断芯片26的图像。然后，图像处理模块根据所设置的极限进行计数和计算，并将分析结果发送到用户接口软件模块。微流体盒驱动器软件模块被设计成指示微流体盒驱动器单元30控制电流以及在微流体芯片24处将此电流传送到微流体泵的时间。电流越高和/或传送此电流的时间越长，然后可以从储池80泵送的流体就越多。用户接口软件模块是允许用户通过图形图标、视觉指示符(例如，符号和命令)与设备进行交互的接口。通过允许用户轻松地获得、理解、加入、编辑和删除信息而无需任何特殊技能，用户接口软件模块使该设备对非技术人员而言是非常用户友好的。在图形、声音的交互以及由用户接口软件模块给出的通知和命令的传送的帮助下，它还允许用户感觉到他们与光学检查单元32紧密连接。

1.4电源单元

在该设备中提供了电源单元65。电源单元65包含至少一个可充电电池组、电池充电器端口、电源开关和电源管理电子电路。常规可充电电池组可以由锂离子、锂聚合物或其它高容量电池制成。电源单元65中的可充电电池组可以在没有公共电源(例如，在偏远地区)的情况下支持设备的几个小时的操作。电源单元65配备有电池保护电路系统，该电池保护电路系统可以保护可充电电池组免于过充电、过电流和过温度，从而确保设备和用户的安全。电源单元65还配备有电池连接器，以使用户在长时间使用时可以用一个充满电的备用电池来替换完全放电的电池。电源管理电子电路用于将可充电电池组的电压转换为不同系统单元所需的不同电压。电源管理电子电路连接到控制单元28、可充电电池组、微流体盒驱动器单元30和光学检查模块。每当需要时，电源管理电子电路就可以启动、终止和更改电压，以节省设备的功耗。这些命令信号由控制单元28给出。此外，电池充电器经由设备的背面板处的电池充电器端口提供直流电(DC)，以对系统中的可充电电池组进行充电。即使可充电电池组电量用尽，但在提供公共或外部电源的情况下，设备也可以操作。在充电电池组充电之后，可以拆卸电池充电器端口。在一个示例性实施例中，诊断平台可以使用插入式电源或仅靠电池进行操作。可充电电池的使用使得该设备可以被带到室外，并用于可能缺乏电力供应的农村地区。

在一个示例性实施例中，电池的规格如下示出：

类型：RRC2024

电压：14.40V

容量：6.60Ah

最大充电电流：4.62A

最大充电电压：16.80V

最大放电电流：10.00A

尺寸：(L x W x H)167.7mm x107.6mm x21.8mm(最大值)

重量：590g

在一个示例性实施例中，电池可以被随身携带到国内航班上并且在被安装在诊断平台上时可以在国际间运送。

在一个示例性实施例中，充满电的电池至少支持设备操作大约5小时。

在一个示例性实施例中，电池是可充电的，并且可由用户替换。电池使设备可以在没有电或温度控制的区域中操作。

实例2

2.微流体盒

如图6A、图6B和图6C中示出的微流体盒22包含固定到微流体芯片24的诊断芯片26。在所示的实施方案中，其尺寸小于信用卡，厚度为1-10mm。微流体芯片24包含用于接收通过盒室42的电连接器44提供的控制信号和电力的电连接接口78、顶部部分68和附接到顶部部分68的底部部分70。在本实例中，顶部部分68和底部部分70通过粘合材料或通过焊接过程组装在一起。底部部分70可以由电绝缘材料(例如，塑料和树脂材料)制成。如图6A中所示，顶部部分68具有多个微凹槽66、与微流体芯片24流体连接的通道开口和用于将微流体芯片24附接在通道开口处的粘合剂74。如图6C中所示，微流体盒的底部部分70具有待在其中放置微孔膜76的凹槽。在一个示例性实施例中，顶部部分68包含密封微流体盒的塑料膜。塑料膜接收由微流体盒驱动器单元的流体控制组件45提供的光控制信号。当在微流体芯片24上的特定阀位置处接收足够的光控制信号时，覆盖所述阀的塑料膜改变粘度。粘度的变化导致阀的形状从平面形状改变为圆顶形状，从而允许阀打开。可以在不同的时间在不同的阀位置处发出光控制信号，以控制试剂释放的顺序(参见图4)。

现在参考图6A和图6C，顶部部分68可以由丙烯酸、聚碳酸酯或类似种类的塑料制成。它可以是透明的，以允许用户观察微流体芯片24内部的流体状态。塑料部分可以通过与其它过程(例如，热压花和微加工方法)相关联的塑料注塑过程来制造。顶部部分68包含在相对应的多个储池80中的多个微凹槽66，其中至少一个储池被配置成容纳来自顶部的样品，并且至少一个储池被配置成保持至少一种试剂以促进分析物相互作用分子和分析物之间的反应或相互作用。因此，可以促进分析物的检测。保持在至少一个储池中的试剂选自由以下组成的群组：洗涤缓冲液和封闭缓冲液。在一个实施例中，洗涤缓冲液是磷酸盐缓冲盐水(PBS)，并且封闭缓冲液是PBS和牛血清白蛋白(BSA)。样品从微流体芯片24被驱动到诊断芯片26，以在诊断芯片26上进行分析物反应/相互作用。在每个储池80中，至少一个微流体通道86位于微凹槽66下方，在顶部部分68和底部部分70之间的接口处，如图6A和图6C中所示。试剂和样品通过微流体通道86从微流体芯片24被驱动到诊断芯片26，然后再被驱动到通道开口。

每个储池80与微型泵集成在一起，该微型泵用放置在其中的少量水凝胶82构造(参见图6C)。水凝胶82与结合到底部部分70的建造材料上的导电电路迹线84接触。这些微型泵由电流操作，该电流通过导电电路迹线84供应。这些微型泵通过使水凝胶82膨胀和收缩而将样品和试剂推动通过微流体通道86，由此将样品和试剂输送到通道开口。水凝胶82的膨胀和收缩由诊断设备20的微流体盒驱动器单元30的微流体盒操作单元41通过通过电连接器44和电连接接口之间的连接发送信号和电力来控制，该电连接接口还与导电电路迹线84电连接。这些泵被封装，使得这可以避免污染和交叉污染问题。在一个示例性实施例中，每个储池80的体积在20-150μl的范围内。在一个示例性实施例中，一个微流体盒中的储池的数量为5-12。为了清楚起见，“混合的样品和试剂”与“样品和试剂的混合物”同义，并且是指通过上述步骤形成的样品和试剂的混合物。

在一个示例性实施例中，在用于样品引入的开口处提供了可拆卸盖，以防止样品的泄漏或蒸发(参见图6B)。

在一个示例性实施例中，水凝胶82的膨胀和收缩进一步由流体控制组件45控制，该流体控制组件从控制单元接收信号并从电源接收电力(参见图4)。在接收信号后，流体控制组件45将光辐照到微流体芯片上的塑料膜的特定区域上。辐照光可以改变水凝胶的粘度，从而有助于通过微型泵推动样品和试剂通过微流体通道。

微流体盒22的底部上的每个电连接器44与特定储池相关联。当被连接时，电脉冲通过电连接器44并电解所述特定储池中的水凝胶。电解过程会产生氧气和氢气，并且这些气体会膨胀，以将储池内部的流体推出储池。储池出口的阀被塑料膜密封，但在辐照时，阀会打开，并允许储池中的试剂被推动通道通道/下一储池(取决于出口连接的位置)。试剂的流动速率由电脉冲顺序控制，该电脉冲顺序被传递到芯片底部的电连接器44。

诊断芯片26可以由玻璃、硅或塑料制成并且固定到微流体芯片24。预先涂覆有检测点阵列的诊断芯片26的底表面(即，面对通道开口的表面)朝向通道开口设置并与通道开口流体连通，该检测点阵列可以与样品中存在的分析物反应/相互作用以在某些条件下生成至少一个信号(例如，当被某一波长的激光辐射时生成一个或多个荧光信号)。在一个实施例中，这些检测点各自包含至少一种与至少一种分析物反应/相互作用的分析物相互作用分子。在一个特定实施例中，分析物相互作用分子是与至少一种处于其完整状态或部分适合于检测的特定病毒/细菌(例如，抗原)结合的特定蛋白质或肽。检测点阵列位于通道开口周围1-15毫米(mm)以内，使得当混合的样品和试剂从通道开口泵出时就可以通过阵列散布。面向微流体芯片24的诊断芯片26的底表面首先涂覆有第一涂层，该第一涂层用于固定随后涂覆的检测点，而不改变检测点的配置(例如，保持检测点中包含的分析物相互作用分子的结合位点以使其为一种或多种分析物可及)。第一涂层还应该创建一个亲水环境，以供分析物进行反应/相互作用。它被优化，以最大程度地减少非特异性反应/相互作用，从而降低本设备中的背景噪声信号。一旦完成第一涂层，检测点就以预定图案(例如，阵列)沉积在诊断芯片26的底表面上。选择按需滴落方法以将它们分散到诊断芯片26上。在一个实施例中，可以由微阵列打印机进行按需滴落方法。具有在其上反应/相互作用的混合的试剂和样品(其可能包含分析物)的诊断芯片26可以从微流体芯片24拆卸，并且放置在诊断芯片座58上，以供光学检查单元32进行进一步分析。可以在从微流芯片24拆卸诊断芯片26之前或之后干燥诊断芯片26上的混合的样品和试剂。

在一个示例性实施例中，微流体盒22(测试盒)由(1)打印在诊断芯片26上的生物测定物和(2)预装载有微流体盒22适当运行所需的试剂的微流体芯片24组成。微流体盒22的生产顺序在图7中示出。首先，将生物测定物固定在诊断芯片26上。其次，将诊断芯片26附接或固定到微流体芯片24上以形成微流体盒22。然后，将一种或多种试剂预装载到微流体盒22的一个或多个储池中。最后，将试剂室用例如塑料膜密封。

在一个示例性实施例中，生物测定物可以基于免疫测定或任何其它类型的生物检测系统。该生物测定物由一种或多种阳性对照和阴性对照组成。每个生物测定物可以一次检测一种疾病或可以同时检测多种疾病。与大多数近患者测试不同，在运行微流体盒22之前不需要外部阳性或阴性对照运行。

在一个示例性实施例中，诊断芯片26和微流体芯片24在制造过程期间被预先固定，并且在反应和检测步骤期间不分离。诊断芯片26被预先附接到微流体芯片24上。本示例性实施例消除了用户将诊断芯片26附接到微流体芯片24上时引起的错误或任何其它的所引起的不准确性。本示例性实施例消除了拆卸步骤，从而消除了或至少显著降低了(1)试剂泄漏(导致污染)或(2)诊断芯片卡住并割伤用户的风险。

在一个示例性实施例中，所有试剂都被预装载到微流体芯片24中并在制造过程期间被密封。考虑到近患者测试通常由经过训练的非专业人员来进行，预装载试剂消除了人为错误(例如，将试剂装载到错误的插槽中，不适当地使用移液器，加入错误体积的试剂以及在装载过程期间溢出试剂)的可能性。预装载试剂还可以最大程度地减少用户与化学品的接触。用户友好的微流体盒消除了与试剂装载有关的所有制备过程，因此将人为错误的可能性降至最低，并将制备时间缩短了五分钟。

在一个示例性实施例中，微流体盒的形状被配置成使得仅存在一种将微流体盒22(以及因此，诊断芯片26)装配或插入托盘52的微流体室42中的可能方式。微流体盒22被固定在期望的位置和定向。

在一个示例性的实施例中，诊断芯片26的表面上的检测点(含有例如H7N9流感病毒的抗原)的涂覆过程和沉积的步骤在图8中示出，并在下面详述：

对于清洁步骤88：将玻璃材料的诊断芯片26部分地浸入含有丙酮的250毫升(ml)烧杯中。然后，进行超声处理5分钟(min)，以清洁诊断芯片26的浸入部分。然后，用镊子将诊断芯片26转移到另一个含有乙醇的250ml烧杯中。然后，再次进行超声处理5分钟。

对于羟基化步骤90：将七十五(75)ml 95％的硫酸转移到250ml烧杯中。然后，将二十五(25)ml 34.5％体积比(v/v)过氧化氢吸移到相同的烧杯中，使得过氧化氢的最终浓度为8.63％，并且浓硫酸和34.5％过氧化氢(食人鱼溶液)的所得体积比为1:3v/v。因此，然后将来自清洁步骤88的诊断芯片26在室温下部分地浸入上述溶液中2小时(hr)。然后，用镊子从食人鱼溶液拾取出处理后的诊断芯片26，并使用洗涤瓶用超纯水冲洗5分钟。将食人鱼溶液丢弃到废物瓶中。接下来，用镊子将处理后的诊断芯片26转移到含有95％无水乙醇的250ml烧杯中。然后，进行超声处理5分钟。然后，在另一个含有纯化水的250ml烧杯中再一次重复此针对处理后的诊断芯片26的步骤。

对于酸化步骤92：将二十五(25)ml盐酸转移到50ml反应管中。然后，将二十五(25)ml乙醇加入相同的管中。然后，用镊子将来自羟基化步骤90的诊断芯片26转移到上述溶液中，并在37摄氏度(℃)下反应3小时。然后，用镊子从溶液拾取出处理后的诊断芯片26，并使用洗涤瓶用超纯水冲洗5分钟。将该溶液丢弃到废物瓶中。因此，然后用镊子将洗涤后的诊断芯片26转移到含有95％无水乙醇的250ml烧杯中。然后，进行超声处理5分钟。

然后，用镊子将诊断芯片26转移到另一个含有纯化水的250ml烧杯中。然后，再次进行超声处理5分钟。之后，然后用镊子将处理后的诊断芯片26转移到250ml烧杯中，并在烘箱中温育以在60℃下干燥30分钟，随后进行如下所述的胺化步骤94。

对于胺化步骤94：在室温下将六点六四一(6.641)克(g)(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)(对水分敏感)吸移到50ml反应管中(首次使用)。然后，将四十三(43)ml乙醇吸移到相同的管中。接下来，将0.1ml乙酸加入相同的管中。然后，用镊子将来自酸化步骤92的处理后的诊断芯片26转移到上述溶液中，在50℃下反应24小时。因此，然后用镊子将诊断芯片26转移到含有95％无水乙醇的250ml烧杯中。然后，进行超声处理5分钟。然后，用镊子将诊断芯片26转移到另一个含有纯化水的250ml烧杯中，然后再次进行超声处理5分钟。之后，用镊子将处理后的诊断芯片26转移到250ml烧杯中，并在烘箱中温育以在120℃下干燥30分钟。

对于加入步骤96——加入醛基团：在50ml反应管中分别制备百分之二十五戊二醛。然后，用镊子将来自胺化步骤94的处理后的诊断芯片26转移到上述溶液中，并在室温下反应24小时。结果，然后用镊子将诊断芯片26转移到含有95％无水乙醇的250ml烧杯中。然后，进行超声处理5分钟。然后，用镊子将诊断芯片26转移到另一个含有纯化水的250ml烧杯中，然后再次进行超声处理5分钟。然后，在另一个含有纯化水的250ml烧杯中再一次重复此步骤。接下来，用镊子将处理后的诊断芯片26转移到250ml烧杯中，并在烘箱中温育以在60℃下干燥30分钟。

在一个替代实施例中，将诊断芯片26用去离子水冲洗，然后在1:3体积比(v/v)清洁洗涤剂:去离子水混合物中超声处理5分钟。随后将清洁后的诊断芯片26浸入去离子水中5分钟(倾析后)，最后浸入丙酮5分钟。然后，将清洁后的诊断芯片26用压缩空气干燥。接下来，将3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶解在丙酮中，并用移液管将其与火棉胶溶液(10％，购自Wako)混合。将诊断芯片26蘸入本混合物中并缓慢地从混合物中取出。然后，将诊断芯片26在空气中干燥并变成白色膜。将涂覆后的诊断芯片26进一步在80℃下温育1小时。然后，在室温下平衡之后，将诊断芯片26浸入20ml乙醇中5分钟。然后，将诊断芯片26用水彻底冲洗，随后再用丙酮和水冲洗。诊断芯片26变为透明的，并且可以在使用(例如，如下所述的打印步骤98)之前在室温下储存。

对于打印步骤98——涂覆有步骤96中所述的醛基团的诊断芯片26上或从酸化步骤92获得的透明诊断芯片26上的PBS缓冲液、H7N9抗原或BSA的打印：对于用PBS缓冲液打印，制备40％甘油的4ml PBS溶液的制墨水剂，并将其填充到打印机盒中。对于打印H7N9抗原，制备0.1ml H7N9抗原(购自SinoBiological，1毫克(mg)/ml)和40％甘油的1.5ml PBS溶液的墨水制剂，并将混合物填充到打印机盒中。对于用BSA打印，用1ml 1000毫克(μg)/mlBSA(购自Thermo，产品编号23208)溶液以及40％甘油的4ml PBS溶液来制备墨水制剂，并将混合物填充到打印机盒中。接下来，设置FUJTFILM Dimatrix材料打印机(型号DMP-2831)。然后，将准备好的盒固定在打印头上(注意：确保溶液中没有观察到气泡，尤其是那些滞留在入口流道中的气泡。否则，用手指轻按该盒，直至气泡从通道去除)。然后，验证16个喷嘴的溶液滴滴落稳定性。还选择至少一个条件良好的喷嘴，以点打印到来自加入步骤96的处理后的诊断芯片26上。然后，将200μm的H7N9抗原或BSA点打印在处理后的诊断芯片26上。然后，将打印后的诊断芯片26转移到带盖培养皿中，然后在干燥步骤100中于37℃下在干燥烘箱中温育2小时。

然后，使用粘合剂74将来自干燥步骤100的玻璃材料的处理后的诊断芯片26的打印面附接到如前所述的装载有检测样品的微流体芯片24的顶部部分68，并且在与含有分析物的样品反应/相互作用之后，微流体盒22将由光学检查单元32进行光学检查。

实例3

测试方法

另一个示例性实施例提供了现场诊断方法和诊断系统的操作。将用于促进分析物检测的试剂预装载到单独的储池80中，并在制造过程期间进行密封。保持在至少一个储池中的试剂选自由以下组成的群组：洗涤缓冲液(例如，PBS)、封闭缓冲液(例如，牛血清白蛋白(BSA))、裂解缓冲液(例如，PBS)、抗原、抗体和荧光团(例如，荧光素的PBS溶液)。在一个实施例中，洗涤缓冲液是PBS，并且封闭缓冲液是PBS和BSA。在一个示例性实施例中，微流体盒包含5-12个用于保存试剂或样品的储池。在一些实施例中，试剂体积在20-200ul之间。在一些实施例中，试剂体积为50uL。试剂可以保存在一个或多个储池中。例如，如果一个储池的容量不足以保持所有所需体积的特定试剂，则可以将另外的储池用于相同的试剂。

在制造过程期间，诊断芯片26被预先固定到微流体芯片24。通过在装载步骤中将样品分配到储池80中，首先使微流体芯片24装载有适量的样品(例如，血清样品、鼻腔拭子或鼻咽拭子)，该样品可以含有分析物。在一个示例性实施例中，样品体积在20-200ul之间。具有检测点阵列和第一涂层的诊断芯片26表面面向通道开口和微流体芯片24。检测点阵列和第一涂层将位于距通道开口的1-15mm之内。然后，通过将电连接接口推动通过微流体盒容纳孔，使得电连接接口将与电连接器44接触，来在对接步骤中将微流体盒22对接到微流体盒驱动器单元30的盒室42。在一个示例性实施例中，微流体盒的微流体芯片将直接在流体控制组件45的下面。然后，当从开关接收信号时，由读取器读取微流体盒的标识，其中所述信号在托盘沿着托盘轨道插入对接位置时发送。在一个示例性实施例中，微流体盒由2D码标识并且由条形码读取器读取。微流体盒由控制单元标识，并且自动选择所需的预定顺序。在散布分析物步骤中，混合的样品和试剂跨检测点阵列散布。这是通过使样品和试剂从储池80流动通过微流体芯片24的微流体通道86到达通道开口来完成的。当通过电连接接口经由电连接器44从微流体盒室接收电流和信号时，微型泵按照控制单元28的微处理器指示的时间、速度和顺序将样品驱动通过微流体通道86。离开通道开口的混合的样品和试剂(样品在如前所述流动通过微流体芯片24的微流体通道86时与试剂混合)跨诊断芯片26的底表面散布。当样品从微流体通道86通过其时，储池80中的任何气泡将通过位于微流体芯片24的底部部分70的微孔膜76去除。混合的样品和试剂所散布的区域覆盖检测点阵列所位于的位置，使得分析物可以与检测点中的分析物相互作用分子反应/相互作用。在一个实施例中，散布分析物步骤可以进一步包含以下步骤：进一步驱动微流体芯片24通过流动通过微流体芯片24的微流体通道86到达诊断芯片26来散布位于一个储池80处的第二辅助试剂，从而附接第二分子，以促进混合的样品和试剂散布在检测点阵列上之后的反应或相互作用的分析物的检测。当泵送和分析物反应/相互作用停止时，微流体盒22在微流体盒驱动器单元30的盒室42中保持相同的位置。在一个示例性实施例中，散布分析物步骤可以进一步包含以下步骤：驱动流体控制组件45通过控制微流体芯片的特定部分上的辐照光并打开促进流体移动的阀来改变微流体盒的至少一个特定部分的粘度。诊断芯片26上的混合的样品和试剂可以被干燥。之后，可以开始分析步骤。微流体盒的诊断芯片26位于光学传感器48的下面，并且在散布分析物步骤之后没有与微流体盒分离。在从微处理器接收起动信号之后，来自照明系统50的光束(例如，激光光束)然后被引导到诊断芯片26上以生成至少一个可由光学传感器48检测的信号(如果混合的样品和试剂含有分析物)。在一个实施例中，该至少一个信号包含荧光信号，该荧光信号在诊断芯片26被适当波长(例如，488nm)的适当光照射时生成。所收集的信号将被转换成数字数据，该数字数据然后将被转移到控制单元28的微处理器并在其中进行分析，以定量地或定性地确定分析物的存在。结果将在相对较短的时间内(快速)(例如，在10-25分钟的范围内)显示在设备的显示单元34上。

在一个示例性实施例中，有许多步骤需要手动组装和拆卸微流体盒，以及需要手动选择测试程序。

在一个示例性实施例中，本发明已被设计成具有最小人为参与，这最大程度地减少了人为错误的可能性。将所有试剂预装载到微流体盒中并密封后，只有样品室入口是暴露的，并且是应该装载样品的唯一明显入口。这种设计最大程度地减少了用户将样品装载到错误室的可能性。当微流体盒插入设备中时，条形码读取器扫描微流体盒上的数据矩阵，并且或者拒绝盒(在其已经使用的情况下)，或者接受微流体盒并自动选择正确的测试程序。本特点防止任何用过的微流体盒被意外地重复使用，并且防止用户在诊断平台上选择测试程序时犯错。诊断平台中嵌入的软件分析测试结果并将其在屏幕上显示，这消除了在读取结果时人为误解的任何可能性。图9示出了用于在屏幕上显示测试结果的示例性报告细节。报告细节示出了直接结果解释，即阳性对照和阴性对照均有效，并且检测到靶标甲型流感。

因此，充分描述了本发明的示例性实施例。尽管描述涉及特定实施例，但是对于本领域的技术人员将清楚的是，可以通过改变这些具体细节来实践本发明。因此，本发明不应被解释为限于本文阐述的实施例。

例如，该设备可以进一步包含至少一个USB端口或任何其它数据通信装置，以允许通用数据转移通信协议的操作。显示单元配备在设备中用于人机接口。显示单元34是高分辨率彩色显示器，其可以是液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)或其它种类的显示器。显示单元可以与触摸屏面板结合在一起；因此，它可以接收来自人手指触摸的命令。显示单元与控制单元28连接。然而，其显示所显示内容的方式是通过图形用户接口进行的。

可以使用的示例性微流体芯片可以是德国专利申请号DE102010061910.8、DE102010061909.4和DE502007004366.4中公开的微流体芯片。

在又一个替代实施例中，代替使用至少一个激光光束，可以使用至少一个光束来生成至少一个信号以供分析。在本替代实施例中，照明系统50在诊断芯片26上发射具有至少一个预定波长的至少一个光束。照明系统50包括发光二极管(LED)、至少一个滤光片和至少一个二向色镜。

在另一个实施例中，照明系统50可以具有一个以上二极管激光器或一个以上LED。

在又一个实施例中，检查单元32的相机62可以是数字高分辨率相机62，其中传感器选自以下的群组：互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器和电荷偶联装置(CCD)传感器。数字高分辨率相机62的图像传感器的兆像素数在1.0兆像素到30兆像素的范围内。

在又一个实施例中，诊断设备20可以包含多个微流体盒驱动器单元30和多个光学检查单元32，使得可以同时运行多个分析/诊断。尽管我们已经描述了本发明的多个实施例，但是应该理解，可以改变这些实例以提供本发明的其它实施例。因此，本发明的范围应由以下权利要求而不是由本文提供的具体实施例来限定。

编号实施例

参考以下编号实施例进一步描述本发明。

1.一种用于检测来自样品的至少一种分析物的设备，其包括：

微流体盒驱动器单元，其包括：

托盘，其包括被配置成容纳微流体盒的盒室，所述微流体盒被配置成用于反应，其中所述反应包括与所述分析物相互作用或反应；和

微流体盒操作单元，其包括至少一个电连接器，所述电连接器被配置成与所述微流体盒连接以与其电连接；

光学检查单元，其被配置成用于分析物检测，其中所述分析物检测包括检测由于所述分析物以预定条件存在由所述微流体盒生成的至少一个信号，所述光学检查单元包括：

照明系统，其被配置成将光传送到所述微流体盒，从而提供所述预定条件；

光学传感器，其被配置成检测所述至少一个信号；

至少一个滤光片，其被配置成从照明系统产生的光滤除任何不期望的波长或噪声；和

控制单元，其被配置成控制从所述光学检查单元获得的所述至少一个信号的定量和定性分析、接口连接和存储，并且控制和监视所述设备的操作；

其中所述托盘被配置成使得所述反应和所述分析物检测在相同微流体盒上的相同位置上进行。

2.根据实施例1所述的设备，其中所述托盘被配置成使得所述托盘可可滑动地拆卸，以将所述微流体盒容纳在对接位置中。

3.根据实施例2所述的设备，其中所述托盘进一步包括锚固系统，以固定所述微流体盒的。

4.根据实施例3所述的设备，其中所述锚固系统包括彼此正交定位的两个锚固夹。

5.根据实施例3或实施例4所述的设备，其中所述锚固系统被配置成使得所述微流体盒的位置的公差小于0.1mm。

6.根据实施例1到5中任一项所述的设备，其中所述光学检查单元进一步包括读取器，以标识所述微流体盒的标识和所需的预定顺序。

7.根据实施例6所述的设备，其进一步包括开关。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的设备，其中所述光学检查单元进一步包括至少一个用于聚焦图像的透镜。

9.根据实施例1到8中任一项所述的设备，其中所述微流体盒操作单元进一步包括至少一个流体控制组件，所述至少一个流体控制组件被配置成促进所述微流体盒内的至少一种流体移动。

10.根据实施例1到9中任一项所述的设备，其中所述光学传感器包括相机和至少一个物镜。

11.根据权利要求9所述的设备，其中所述光学传感器选自由以下组成的群组：互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器和电荷偶联装置(CCD)传感器。

12.根据实施例1到11中任一项所述的设备，其中所述照明系统包括至少一个光源并且任选地包括至少一个聚光透镜。

13.根据实施例12中任一项所述的设备，其中所述光源包括至少一个光管。

14.根据实施例1到13中任一项所述的设备，其中所述分析物是流感病毒抗原，并且所述二极管激光器的所述波长是488nm。

15.根据实施例1到14中任一项所述的设备，其中所述控制单元能够控制所述微流体盒驱动器单元。

16.根据实施例1到15中任一项所述的设备，其中所述设备包括电源，所述电源包括内置的可充电电池。

实例4

对于以下实例，术语“微流体部分”是指先前实例中使用的“微流体芯片”；术语“微型阀”是指先前实例中使用的“阀”；术语“诊断部分”是指先前实例中使用的“诊断芯片”；术语“轨道组件”是指先前实例中使用的“轨道系统”；术语“光学单元”是指先前实例中使用的“光学检查单元”；术语“照明组件”是指先前实例中使用的“照明系统”；术语“传感器组件”是指先前实例中使用的“光学传感器”；术语“盒驱动器单元”是指先前实例中使用的“流体控制组件”；术语“托盘盖”是指先前实例中使用的“托盘板”；术语“微通道”是指先前实例中使用的“微流体通道”。

现在参考图10A，示出了诊断系统101，其包括便携式诊断设备300和与便携式诊断设备300一起操作的微流体盒200。包含微流体部分210和诊断部分220的微流体盒200被配置成收集和操纵至少一个样品，该样品可以包含至少一种分析物。微流体盒200还容纳和/或保持至少一种试剂。便携式诊断设备300是便携式、手持且紧凑的装置，包含微流体盒驱动器单元320、光学单元330和任选的控制单元340。在本实例中，光学单元330是光学检查单元。在一些实施例中，便携式诊断设备300任选地包括用于与用户接口连接的用户接口单元350。在本实例中，用户接口单元350是显示单元。控制单元340控制微流体盒驱动器单元320、光学单元330和用户接口单元350并与其连接。微流体盒驱动器单元320被配置成容纳和驱动微流体盒200，使得所收集的样品和试剂以预定顺序运行通过微流体部分210和诊断部分220。在以预定顺序完成反应之后，微流体盒驱动器单元320还允许在相同微流体盒上的相同位置进行诊断部分220的检查或分析。光学单元330被配置成在相同微流体盒200上的相同位置检查诊断部分220，反应也在该位置进行以分析分析物的存在。用户接口单元350被配置成向用户显示包含分析/诊断结果的相关信息。

实例5

现在参考图10B，其示出了诊断系统101的另一个示例性实施例，该诊断系统包括(1)便携式诊断设备300和(2)与便携式诊断设备300一起操作的微流体盒200。在本实例中，微流体盒200包含微流体部分210和诊断部分220。微流体部分210进一步包括至少一个微型阀216和至少一个微型泵215。便携式诊断设备300是便携式、手持且紧凑的装置，包含控制单元340、微流体盒驱动器单元320、光学单元330和盒容纳单元310。在本实例中，便携式诊断设备300进一步包括标识单元370，以识别微流体盒200的标识。图10B示出了控制单元340、微流体盒驱动器单元320、光学单元330、用户接口单元350、盒容纳单元310和电源单元360(未示出)被包封在独立式诊断设备中。在本实例中，控制单元340与盒容纳单元310、微流体盒驱动器单元320、光学单元330和用户接口单元350电连接，以确保微流体盒200处于期望的指定区域中以进行分析，控制微流体盒200中的流体流动，控制从所述光学检查单元获得的所述至少一个信号的定量和定性分析、接口连接和存储，并控制和监视所述设备的操作。在一些示例性实施例中，盒容纳单元310包括托盘311和轨道组件312。在本实例中，托盘311可从盒容纳单元310滑动并且包括用于容纳微流体盒200的盒室，使得用户可以从便携式诊断设备300拉出托盘311的至少一部分，将微流体盒200安装到托盘311的盒室上并将托盘311插入轨道组件312中，以确保微流体盒被定位在便携式诊断设备300的期望的指定区域处。在另一个示例性实施例中，托盘311可从盒容纳单元310可滑动地拆卸，使得用户可以从设备完全取出托盘311。轨道组件312固定地附接到便携式诊断设备300，并且被配置成容纳微流体盒200插入其中的托盘311。在一个示例性实施例中，便携式诊断设备300在其前面板上包含用于容纳微流体盒200的微流体盒容纳腔(未示出)。便携式诊断设备300也可以被包封在独立式壳体中。

实例6

微流体盒

现在参考图11A，其示出了微流体盒200的前视图(左)、侧视图(中)和后视图(右)的一个示例性实施例。包含微流体部分210和诊断部分220的微流体盒200被配置成收集和操纵至少一个样品，该样品可以包含至少一种分析物。在本实例中，诊断部分220包含诊断芯片(未示出)和胶带224。微流体盒200还可以包含至少一种布置在诊断芯片(未示出)上的反应物。在本实例中，胶带224将诊断芯片固定地附接到诊断部分220上。胶带224具有某一厚度，并且由塑料材料(例如，聚碳酸酯)制成，该塑料材料在相对的两侧上均涂覆有粘合材料。胶带224在其中具有密闭区域，从而形成用于预装载的反应物的诊断室和用于诊断部分220和微流体部分210之间的流体连通的反应室。在本实例中，流体(例如，来自微流体部分的流体和试剂)的入口226和废物的储池出口228被布置在胶带224的密闭区域内。在一些实施例中，该至少一种反应物被预供应在诊断芯片220上，也就是说，反应物在制造过程期间预装载，从而节省了用户准备诊断芯片的工作量、资源和时间。微流体盒可以包含微型阀、微通道、储池、入口和出口等的组合，其以各种配置定位以允许流体传送的各种几何形状。在一些实施例中，微流体盒可以包括至少一个样品储池和至少一个试剂储池。另外，微流体盒可以用内置的废物储池制成，以在分析之后处理流体，例如生物危害材料。在所示出的实施方案中，其尺寸小于信用卡，厚度为1-10mm，并且尺寸为约30-60mm x 50-80mm。在另一个示例性实施例中，微流体盒的厚度可以为约5mm，并且尺寸可以为约40mm x 60mm。样品储池的入口被样品盖212盖住，从而允许用户在施加样品时打开样品盖212并将样品储池保持为关闭状态以避免潜在的污染。覆盖层(即，微型阀膜240)已被去除，以示出入口和出口218a、218b、218c、218d、218e和218f。在本实例中，219a、219b、219c和219d分别是试剂的入口，这允许在制造过程期间将不同的试剂引入每个相对应的试剂储池213(未示出)中，从而节省了用户施加适当试剂的工作量、资源和时间。218a、218b、218c、218d、218e和218f是相应试剂储池(未示出)的入口/出口结点对。微流体盒200还可以包括指示符，该指示符示出了微流体盒200的盒标识230。在一个示例性实施例中，盒标识230可以固定地附接到顶部部分。在另一个示例性实施例中，盒标识230可以固定地附接到微型阀膜240。在本实例中，盒标识230被示出为唯一的序列号和二维(2D)条形码，该二维条形码可以由标识单元370(未示出)标识。微流体盒200包含用于接收通过设置在盒容纳单元(未示出)的盒室上的电连接器提供的控制信号和电力的电连接接口2151。

图11A(右)示出了微流体盒200的相对侧(底侧)。微流体芯片210包含用于从设备接收控制信号以向微流体盒200提供电力或电流的电连接接口2151。图11A还示出了诊断部分220对于样品检测至少是部分透明的。微流体盒200还包含微孔膜的腔291。

现在参考图11B，从微流体盒200吹出(blow out)微型阀膜240、样品盖212、诊断芯片222和胶带224，以更好地表示。在本实例中，微型阀膜240是具有微型阀216a、216b、216c、216d、216e和216f的膜。微型阀膜240可以通过本领域已知的粘合装置附接到微流体盒200的顶部部分。微型阀膜240覆盖并密封微流体盒200的微流体部分210。在一些实施例中，微型阀膜240(和微型阀216)由响应于刺激(例如，温度)而膨胀并改变其形状的材料制成。在一些实施例中，仅微型阀216部分由响应于刺激(例如，温度)而膨胀并改变其形状的材料制成，并且微型阀膜240的该部分的其余部分使用其它合适的材料。在本实例中，整个微型阀膜240由石蜡膜制成。在又一些其它实施例中，微型阀膜可以由聚氨酯和/或尼龙制成。微型阀216a、216b、216c、216d、216e和216f是平面的，并且以常闭状态分别密封了相对应的试剂储池(未示出)的入口/出口结点218a(未示出)、218b、218c、218d、218e和218f。当微型阀暴露于热量时，微型阀的材料膨胀并改变为圆顶形状(即，打开状态)，从而分别允许入口/出口结点218a(未示出)、218b、218c、218d、218e和218f之间的流体连通。在一些示例性实施例中，微型阀的打开是不可逆的，也就是说，微型阀是一次性的，并且在打开后不能再次关闭。在又一个示例性实施例中，微型阀的打开是可逆的。在一些示例性实施例中，微型阀膜可以是透明的或半透明的，从而允许用户观察微流体盒200中的流体的流动。在另一个示例性实施例中，微型阀区域可以是深色(例如，黑色)的，以便更好地吸收光能(并因此吸收热能)。在本实例中，微型阀被表示为微型阀膜上的黑点。在本实例中，可拆卸的样品盖212被成形为匹配样品储池211的入口的直径。诊断部分220分别通过开口、入口226和出口228与微流体部分210流体连通。在本实例中，反应物可以设置在诊断室的密闭区域内的诊断芯片222上。

在一些实施例中，微流体盒200可以包括微型阀膜、顶部部分、至少一个粘合层、多个微型泵、微孔膜和底部部分。现在参考图11C，其示出了图11A的相同示例性实施例的分解图。为清楚起见，在本微流体盒中存在一些相同或相似的元件，但仅将它们中的一个注释为实例。在本实例中，微流体盒200包括具有多个微型阀(例如，216b)的微型阀膜240、顶部部分250、粘合层270、多个微型泵(未示出)、微孔膜260和底部部分290，它们用粘合材料或通过焊接过程作为单个单元组装在一起。微型阀膜240可以是由石蜡膜制成的薄膜。在又一些其它实施例中，微型阀膜240可以由聚氨酯和/或尼龙制成。微型阀膜240接收热能作为由微流体盒驱动器单元(未示出；将在稍后描述)的微型阀控制器提供的控制信号，以在使用时控制微型阀的打开。当在微型阀膜240上的特定微型阀位置处接收足够的光控制信号时，微型阀改变粘度。粘度的变化导致微型阀的形状从平面形状改变为圆顶形状，从而允许微型阀打开。可以在不同的时间在不同的阀位置处发出光控制信号，以控制试剂释放的顺序。顶部部分250包括一个样品入口212、多个试剂入口(例如，219b)、多对入口/出口结点(例如，218b)和胶带224。胶带224可以由塑料(例如，丙烯酸、聚碳酸酯)制成，并且它限定了诊断部分220内的诊断室。试剂入口219b形成与储池(未示出)流体连通的流体引入口，该储池设置在顶部部分250的相对侧上。粘合层270是具有某一厚度的塑料膜，该塑料膜由塑料材料(例如，聚碳酸酯)制成，该塑料材料在相对的两侧上均涂覆有粘合材料，从而提供粘合力以将顶部部分250和底部部分290接合在一起。粘合层270具有某一厚度并且包含多个凹槽(例如，271b)，这些凹槽是用于容纳试剂和样品的储池的空间的腔。每个凹槽(例如，271b)具有对应于储池的相应位置的位置，从而允许储池与下一层(即，底部部分290)直接接触。底部部分290的基板可以由电绝缘材料制成，例如塑料和树脂材料。底部部分290具有用于将微孔膜260放置在其中的凹槽291。底部部分290还包含与设备电连接的多个电连接接口(未示出)以及多个导电迹线(例如，294b)。在每个导电迹线(例如，294b)和每个相对应的凹槽(例如，271b)之间形成的空间允许在其中放置水凝胶。电连接接口电连接到导电迹线。导电迹线(例如，294b)可以直接或间接与水凝胶(未示出)接触。

仍然参考图11C，顶部部分240可以由丙烯酸、聚碳酸酯或类似种类的塑料材料制成。它可以是透明的或部分透明的，以允许用户观察微流体部分210内部的流体的状态。塑料部分可以通过与其它过程(例如，热压花和微加工方法)相关联的塑料注塑过程来制造。顶部部分250包含与多个储池(未示出)相对应的多个腔(例如，271b)，其中至少一个储池被配置成容纳来自顶部部分的样品，并且至少一个储池被配置成保持至少一种试剂以促进分析物相互作用分子和分析物之间的反应或相互作用。因此，可以促进分析物的检测。保持在至少一个储池中的试剂可以是洗涤缓冲液或封闭缓冲液。样品从微流体部分210被驱动到诊断部分220，以在诊断芯片222上进行分析物反应/相互作用。试剂和样品通过微流体通道(未示出)从微流体部分210被驱动到诊断部分220，然后再被驱动到入口226。

每个储池(未示出)与微型泵集成在一起，该微型泵用放置在其中的少量水凝胶(未示出)构造。水凝胶与结合到底部部分290的建造材料上的导电迹线(例如，294b)接触。这些微型泵由电流操作，该电流通过导电迹线(例如，294b)供应。这些微型泵通过使水凝胶膨胀和收缩而将样品和试剂推动通过微流体通道，由此将样品和试剂驱动到通道开口。水凝胶的膨胀和收缩由诊断设备的微流体盒驱动器单元320通过通过电连接接口(未示出，在底部部分的底部相对侧上)和导电迹线(例如，294b)之间的连接发送信号和电力来控制。在一些实施例中，微型泵的水凝胶被封装，使得可以避免污染和交叉污染问题。在又一些其它实施例中，微型泵的水凝胶可以与储池内的流体(例如，试剂或样品)直接接触。在一些实施例中，微流体盒进一步包括用于密封水凝胶的微型泵膜。微型阀膜还覆盖所有储池，以防止流体泄漏。微型泵隔膜还有助于通过微流体盒的微型泵的作用而将流体推出储池。微型泵膜可以包含微孔膜的凹槽，从而允许微孔膜与周围环境直接接触。在一个示例性实施例中，每个储池(未示出)的体积在20-150μl的范围内。在另一个示例性实施例中，每个储池(未示出)的体积在20-200μl的范围内。在一个示例性实施例中，一个微流体盒中的储池的数量为5-12。在一个示例性实施例中，在用于样品引入的开口处提供了可拆卸的样品盖212，以防止样品的泄漏或蒸发(参见图11C)。

微流体盒200的每个导电迹线(例如，294b)与特定储池相关联。当被连接时，来自电连接接口的电脉冲通过导电迹线，并电解所述特定储池中的水凝胶。电解过程会产生氧气和氢气，并且这些气体会膨胀，以将储池内部的流体推出储池。储池出口的阀被塑料膜密封，但在辐照时，阀会打开，并允许将储池中的试剂被推动微通道/下一储池(取决于出口连接的位置)。试剂的流动速率由电脉冲顺序控制，该电脉冲顺序被传递到微流体盒200的底部部分290的导电迹线。

诊断芯片222可以由玻璃、硅或塑料制成并且固定到诊断部分。预先涂覆有检测点阵列的诊断芯片222的底表面(即，面对通道开口的表面)朝向通道开口设置并与通道开口流体连通，该检测点阵列可以与样品中存在的分析物反应/相互作用以在某些条件下生成至少一个信号(例如，当被某一波长的激光辐射时生成一个或多个荧光信号)。在一个实施例中，这些检测点各自包含至少一种与至少一种分析物反应/相互作用的分析物相互作用分子。在一个特定实施例中，分析物相互作用分子是与至少一种处于其完整状态或部分适合于检测的特定病毒/细菌(例如，抗原)结合的特定蛋白质或肽。检测点阵列位于诊断部分的诊断芯片222处，使得当样品和试剂被泵出入口226(图11B)时，它们可以通过阵列散布。诊断芯片222的底表面首先涂覆有第一涂层，该第一涂层用于固定随后涂覆的检测点，而不改变检测点的配置(例如，保持检测点中包含的分析物相互作用分子的结合位点以使其为一种或多种分析物可及)。第一涂层还应该创建一个亲水环境，以供分析物进行反应/相互作用。它被优化，以最大程度地减少非特异性反应/相互作用，从而降低本设备中的背景噪声信号。一旦完成第一涂层，检测点就以预定图案(例如，阵列)沉积在诊断芯片222的底表面上。选择按需滴落方法以将它们分散到诊断芯片222上。在一个实施例中，可以由微阵列打印机进行按需滴落方法。在一些实施例中，微流体盒预供应有至少一种试剂和/或至少一种反应物，并且它是一次性的。在一些实施例中，微流体盒包括多个用于储存试剂、样品和废物的储池。储池可以与微通道流体连通。

实例7

现在参考图12A-12F，其示出了微流体盒200的另一个示例性实施例。图12A示出了微流体盒200的示例性实施例的分解图。该图示出了如何使用不同层的来材料组装微流体盒。在本示例性实施例中，微流体盒200在顶部组装有微型阀膜240，随后依次组装有顶部部分250、第一粘合层270a、微孔膜260、微型泵膜280、第二粘合层270b和底层290。顶层250进一步包括具有样品盖212的微流体部分以及具有胶带224和诊断芯片222的诊断部分。胶带224被配置成在具有诊断芯片222的诊断部分220中形成诊断室(未示出)。在一些示例性实施例中，微流体盒200包含微流体部分210和诊断部分220，其中微流体部分210包含能够在其中保持流体的多个储池(未示出)、用于从储池到诊断部分220的流体连接的多个微通道(未示出)、可关闭状态和开启状态之间操作以分别密封和打开微通道连接的多个微型阀216以及偶联到至少一个储池的至少一个微型泵；其中处于关闭状态的微型阀216允许流体被储存并密封在储池内，而处于打开状态的微型阀216允许流体在储池和诊断部分220之间流动；并且其中可以致动微型泵以使流体从储池移动到诊断部分，使得可以将多种试剂以密封方式预装载并储存在微流体盒200中直至使用。在每个层中的一个角中提供一个凹口。

图12B示出了图12A的相同示例性实施例的微型阀膜的详细图。在本实例中，微型阀膜240是具有六个微型阀216g、216h、216i、216j、216k和216l的膜。微型阀膜240可以至少部分地由石蜡膜制成并且通过本领域已知的任何粘附装置附接到微流体盒200的顶部部分250(如图12C中所示)。在又一些其它实施例中，微型阀膜可以由聚氨酯和/或尼龙制成。在试剂通过入口(未示出)装载或供应之后，微型阀膜240可以固定地附接到顶部，以在制造过程期间密封试剂以进行储存直至使用。膜覆盖并密封微流体盒200的微流体部分210。在一些实施例中，微型阀膜240(和微型阀216)由响应于刺激(例如，温度)而膨胀并改变其形状的材料制成，如先前的实例中所述。微型阀216g、216h、216i、216j、216k和216l是平面的，并且以常闭状态分别密封了相对应的试剂储池(如图12D中所示)的相对应的入口/出口结点218g、218h、218i、218j、218k和218l。在本示例性实施例中，当微型阀216g、216h、216i、216j、216k和216l暴露于热量时，微型阀216g、216h、216i、216j、216k和216l的材料膨胀并改变为圆顶形状(即，打开状态)，从而允许入口/出口结点218之间的流体连通。在一些示例性实施例中，微型阀的打开是不可逆的，也就是说，微型阀是单次使用的，并且在打开后不能再次关闭，从而避免了用户重复使用微流体盒。在又一个示例性实施例中，微型阀的打开是可逆的。在一些示例性实施例中，微型阀膜可以是透明的或半透明的，从而允许用户观察微流体盒200中的流体的流动。在另一个示例性实施例中，微型阀区域可以是深色(例如，黑色)的，以便更好地吸收光能(并因此吸收热能)。在本实例中，微型阀216g、216h、216i、216j、216k和216l被表示为微型阀膜上的黑点。

图12C和图12D分别示出了图12A的样品示例性实施例的顶部部分250的两个相对侧的详细结构。在相同示例性实施例中，顶部部分250在靠近凹口的一个角中包含微流体部分210和诊断部分220。在一些示例性实施例中，至少一个储池填充有至少一种流体，其中该流体是试剂并且用微型阀密封。在一些示例性实施例中，用于保持至少一个样品的至少一个储池进一步包括具有可拆卸盖的样品入口217。在一些示例性实施例中，微流体盒进一步包括预装载、密封并分别储存在多个储池中的多种试剂；和在诊断部分处预供应的至少一种反应物。每个储池具有入口和出口，其可以通过流体通道连接。微流体部分210包含可由样品盖212密封的样品入口217(如图12A中所示)和从样品入口217延伸的微通道(如图12D中所示)。在本实例中，微流体部分210还包含用于保持所引入的样品的储池213n(或样品储池)、用于储存试剂的六个储池213g、213h、213i、213j、213k和213l(或试剂储池)以及用于保持废物的储池213m(或废物储池)。储池可以是任何期望形状的管状形式，例如如图12D中示出的S形。在样品储池213n的一端，有一个与样品入口217流体连通的微通道(在通过微孔膜之后)，并且在样品储池213n的另一端，有另一个从其它(试剂)储池连接到其它微通道的微通道。试剂储池213g、213h、213i、213j、213k和213l分别在一端包含入口219g、219h、219i、219j、219k和219l)，它们能够将至少一种试剂引入相对应的储池。在试剂储池的另一端，有入口/出口结点218g、218h、218i、218j、218k、218l，它们相对应地由相对应的微型阀216g、216h、216i、216j、216k和216l密封(如图12B中所示)。每对入口/出口结点218包括试剂储池的出口和连接到微流体部分的其它部分的微通道的入口。微通道将样品储池和/或试剂储池连接到诊断部分。这些储池可以通过微通道互连。在本实例中，微流体部分210还包含样品储池213n，并且可拆卸的样品盖212被成形为匹配样品储池213n的入口的直径。诊断部分220通过入口226和出口228与微流体部分210流体连通。在一些实施例中，微流体盒进一步包括至少一个用于保持废物的储池。在一些实施例中，微流体部分进一步包括废物储池213m，其中废物储池213m经由出口连接到诊断部分以容纳从诊断室排出的废物流体。图12D示出了图12C的相同示例性实施例的顶部部分的相对侧。在本实例中，流体通道是微通道。在一些实施例中，储池可以被配置成形成用于保持流体的室并且可以具有任何期望的形状和形式。在本实例中，储池被设计成S形以节省空间，使得微流体盒可以是紧凑的并且尺寸较小。在一些实施例中，诊断部分包括诊断室，以容纳来自微流体部分的至少一种流体。在一些实施例中，诊断部分对于光学检测至少是部分透明的。

现在参考回微流体盒200的相同示例性实施例的图12A，其示出了第一粘合层270a。在本实例中，第一粘合层270a将顶部部分250的底部(相对)侧附接到微孔膜260和微型泵膜280的顶侧。可以使用两个相对侧上具有粘合材料涂层的任何合适的塑料材料(例如，聚碳酸酯)来制造第一粘合层270a。在本示例性实施例中，第一粘合层270a具有某一厚度并且包含七个凹槽271a，这七个凹槽是用于容纳试剂和样品的储池的空间的腔。粘合层270a的厚度可以对应于顶部部分中的储池的厚度。凹槽271a的位置对应于储池的相应位置，从而允许储池与下一层(即，微型泵膜280)直接接触。在一些实施例中，微流体盒200进一步包括微孔膜，该微孔膜被配置成去除流体(例如，样品和/或一种或多种试剂)中的气体。第一粘合层270a还包含多个微通道开口272(五个微通道开口，如图12A中所示)。微通道开口272用作在顶部部分250中的不连续的微通道之间输送流体的连接通道。微通道开口272形成流体通道以在顶部部分250中的微通道和微孔膜260之间连接，允许流体(例如，样品、试剂和废物)通过微孔膜260，从而去除流体中的任何气泡。微孔膜260可以由可渗透气体但不可渗透液体的任何疏水性材料(例如，PTFE)制成。

图12A还示出了微型泵膜280，其设置在第一粘合层270a和第二粘合层270b之间，从而允许顶部部分和底部部分之间的直接附接。微型泵膜280用作储池和微型泵之间的分隔器，从而避免微型泵中的水凝胶与流体(例如，样品和试剂)直接接触。微型泵膜280还包含凹槽283，该凹槽是用于容纳微孔膜260的空间的腔，从而允许微孔膜260与周围环境直接接触。微型泵膜280可以由石蜡膜或塑料(例如，聚氨酯和/或尼龙)制成。微型泵膜280覆盖所有储池，以防止流体泄漏。它们与微型泵一起工作，以通过盒的微型泵的作用将流体推出储池。

图12A还示出了第二粘合层270b。在本实例中，第二粘合层270b将微型泵膜280的相对侧附接到底部部分290。可以使用任何合适的粘合材料来制造第二粘合层270b。在本示例性实施例中，第二粘合层270b具有某一厚度并且包含七个凹槽271b，这七个凹槽是用于容纳微型泵的空间的腔。粘合层270b的厚度可以对应于微型泵的厚度。在本实例中，水凝胶(未示出)用作微型泵并且设置在第二粘合层270b的凹槽271b内。凹槽273的位置对应于储池的相应位置，从而允许储池与下一层(即，微型泵膜280)直接接触，使得微流体盒200的微型泵可以作用在储池上以将流体(例如，样品和试剂)推出储池。

现在参考图12E和12F，其示出了图12A的微流体盒的相同示例性实施例的底部部分290的两个相对侧。底部部分290可以由电绝缘材料(例如，塑料和树脂材料)制成。微流体盒的底部部分290具有将微孔膜260放置在其中的凹槽291。底部部分290还包含多个导电电路迹线294g、294h、294i、294j、294k和294l(图12E)，它们与底部部分290的相对侧的电连接接口293电连接。电连接接口293将电从设备传输到微流体盒200以激活微型泵。用少量水凝胶构造的微型泵(未示出)与相对应的储池并排(参见图12D)。微型泵215的水凝胶分别与它们相对应的导电电路迹线294g、294h、294i、294j、294k和294l接触，这些迹线结合到底部部分290的建造材料上。这些微型泵由电流操作，该电流通过导电电路迹线294供应。当接收电流时，导电迹线294g、294h、294i、294j、294k和294l传输电以电解水凝胶，从而产生气体，这些气体向上推动微型泵膜280，从而将流体推出储池。这些微型泵将样品和试剂推动通过微通道，由此通过使水凝胶膨胀和收缩而将样品与试剂混合到微通道中。水凝胶的膨胀和收缩由便携式诊断设备300的盒驱动器单元通过通过盒容纳单元310的电连接器和底部部分290的电连接接口293之间的连接发送信号和电力来控制，该电连接接口还与底部部分290的导电电路迹线294g、294h、294i、294j、294k和294l电连接。在一些实施例中，微型泵被封装，使得可以避免污染和交叉污染问题。在一些实施例中，这些泵与储池内的流体(例如，试剂或样品)直接接触。在一些实施例中，微流体盒进一步包括用于密封水凝胶的微型泵膜。在本实例中，微流体盒200包含微型泵膜280，其覆盖储池的整个区域，以防止任何流体泄漏以及水凝胶与储池内的流体直接接触。底部部分290还包含电感测元件292(图12E)，其与废物储池的区域并排，以使用容量感测技术检测流入废物储池的流体的存在和量。

实例8

现在参考图13A和13B，其示出了示例性微流体盒200在使用期间如何操作。为了清楚和简单起见，仅示出了一组试剂储池、微型阀、水凝胶或微型泵以及入口/出口结点。在制造过程期间，首先将每种试剂通过试剂入口219装载或供应到试剂储池213。然后，通过微型阀膜240密封顶部部分250的具有试剂入口219的表面，以防止流体从储池213的试剂入口219和出口218'泄漏。阀座252可以被配置成支撑微型阀216以使其在静止状态下不坍缩。阀座252位于储池213和流体微通道214之间，以分离这两个隔室，使得当微型阀216处于关闭状态时，储池213内的流体不能流动通过流体微通道214。出口218'和入口218"形成入口/出口结点，其由微型阀216密封。本微型阀膜240上的微型阀216与顶部部分250的每对流体入口和出口结点(218'和218")并排布置。可以将反应物(例如，抗体)预涂覆在与胶带224一起形成的诊断室221的密闭区域内的诊断芯片222上。不同的部分(即，微流体盒200的微型阀膜240、顶部部分250、粘合层270a、270b、微型泵膜280、微孔膜260和底部部分290)通过粘合装置或焊接过程组装在一起。微流体盒200可以被密封并包装以进行运送。

当使用时，通过打开样品盖并通过样品入口(未示出)引入样品来将含流体样品引入到微流体盒200中。合适的样品制备可以在样品引入之前进行。样品流入微通道并到达微通道开口。在微通道开口处，样品接触微孔膜以去除流体中的任何气泡。然后，样品进入微通道并流入诊断室221。

此时，样品和试剂储池将相对应地填充有所有必需的样品和试剂。然后，将来自微型阀控制器和微型泵控制器的电流施加到微流体盒200以激活微流体盒200的微型阀216和微型泵的水凝胶2152。现在参考图13B，设置在微型阀216上的微型阀控制器(未示出)的加热元件向微型阀216发射能量(例如，红外线)，以打开微型阀216。本事件使流体微通道214与储池213和诊断室221流体连通。微型泵含有水凝胶2152，该水凝胶与导电迹线294直接或间接接触。导电迹线294以预定顺序接收从设备通过电连接接口(未示出)到水凝胶2152的电流。电脉冲通过导电迹线294并在所述特定储槽213中电解水凝胶2152。电解过程会产生氧气和氢气，并且这些气体会膨胀，使得保持水凝胶2152的室膨胀，从而使微型泵膜280以受控精确的方式将储池213内的流体(样品和/或试剂)推出储池213。该流体被从储池213推出并通过流体出口218'和入口218"结点进入微通道214。图13B中的箭头示出了流体流动方向。然后，流体到达另一个微通道开口272a。在微通道开口272a处，流体与微孔膜260接触以去除任何气泡。然后，流体进入另一个微通道并流入诊断室221，该诊断室是检测区域。

在检测区域处，样品与诊断芯片222上的预涂覆反应物反应。在反应完成之后，废物通过废物储池入口(未示出)流动到废物储池。

然后，准备对诊断部分进行光学检查。

实例9

便携式诊断设备

现在参考图14A，诊断系统101的示例性实施例包含便携式诊断设备300和与便携式诊断设备300一起操作的微流体盒200。在本实例中，诊断设备300包含控制单元340、微流体盒驱动器单元320、光学单元330、用户接口单元350、盒容纳单元310和电源单元360。便携式诊断设备300被包封在壳体301中，其中壳体301包含顶盖351、侧盖352和353、后盖354、前面板355和基座356。在一些示例性实施例中，光学单元330包括照明组件331和传感器组件332。照明组件包含光源331A、光管331B和滤光片331C。传感器组件包含相机332A、相机透镜332B和物镜332C。

现在参考图14B，诊断系统101的另一个示例性实施例包含便携式诊断设备400和与便携式诊断设备400一起操作的微流体盒(未示出)。在一些示例性实施例中，便携式诊断设备400可以包含便携式诊断设备300中的所有单元。在一些示例性实施例中，便携式诊断设备400包含盒驱动器单元420、光学单元430、显示单元450、盒容纳单元410、电源单元460和标识单元470。在一个示例性实施例中，便携式诊断设备400任选地包含控制单元440。控制单元440控制盒驱动器单元420、光学单元430和显示单元450并与其可操作地连接。在一些其它示例性实施例中，每个单元可以具有它们自己的控制单元，并且便携式诊断设备中不存在单个控制单元。在一个示例性实施例中，微流体盒驱动器单元包含微型阀控制器421和微型泵控制器422。当微流体盒被放置在盒容纳单元410中时，微型阀控制器421和微型泵控制器422可以协同操作以致动流体以预定顺序从储池流动到诊断部分。在一个示例性实施例中，盒容纳单元410包括托盘411和轨道组件412。在本实例中，托盘411可从盒容纳单元410可滑动地拆卸。轨道组件412固定地附接到便携式诊断设备400并且被配置成容纳托盘411。在本实例中，在图14B中示出了盒容纳单元410、光学单元430和标识单元470的组合件480，以示出这些单元之间的配置和空间关系。在图18中公开了组合件480的详细描述。

在一个示例性实施例中，便携式诊断设备400被包封在壳体401中，其中壳体401包含顶盖451、侧盖452和453、后盖454、前面板455和基座456。在本示例性实施例中，盒容纳单元410的轨道组件412、微流体盒驱动器单元420、光学单元430和标识单元470以某一配置安装在壳体内，使得当微流体盒插入设备中时，存在用于容纳微流体盒的空间(未示出)。该空间包括一个或多个微型阀位置和一个或多个微型泵位置。该空间还包含在微流体盒插入该空间时分别与一个或多个微型阀、一个或多个微型泵和反应部位的位置相对应的反应位置。在图18中提供了该空间的更详细的描述。在一个示例性实施例中，壳体的前面板455包含微流体盒容纳腔455A。微流体盒通过通过容纳腔455A而插入空间。

在一些示例性实施例中，控制单元440可以具有与先前实例中所描述的控制单元相同的配置。控制单元440控制从光学单元430获得的信号的定量和定性分析、接口连接和存储，并且控制和监视便携式诊断设备400的所有操作。

在一些示例性实施例中，电源单元460可以具有与先前实例中所描述的电源单元相同的配置。在一些示例性实施例中，电源单元460可以包含内置的或可拆卸的可充电电池。

在一个示例性实施例中，便携式诊断设备400可以进一步在数据通信端口455B中包含至少一个USB端口或任何其它数据通信装置，以允许通用数据转移通信协议的操作。在又一个示例性实施例中，显示单元450配备在便携式诊断设备400中用于人机接口。显示单元450是高分辨率彩色显示器，其可以是液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)或其它种类的显示器。显示单元450可以与触摸屏面板结合在一起；因此，它可以接收来自人手指触摸的命令。显示单元450与控制单元440连接。然而，其显示所显示内容的方式是通过图形用户接口进行的。

现在参考图15A，如图14B中示出的盒驱动器单元420的微型阀控制器421包含基板530，该基板具有被切割成适合于盒室(本图中未示出)的形状的平坦表面。并且多个螺帽510和插槽520设置在其上。在本示例性实施例中，螺帽510内的螺钉(未示出)用于将微型阀控制器421牢固地安装到图14B中的盒容纳单元410的轨道组件412上。插槽520被配置成在微流体盒驱动器单元420和控制单元(本图中未示出)之间提供电连接，并且向微型阀控制器421提供电力或电流。

现在参考图15B，微型阀控制器421包含设置在基板530的底表面上并从其向外延伸的多个加热元件541(在本实例中为6个)。加热元件541位于基板上以与盒(本图中未示出)的微型阀重合，设备被设计成在该盒上工作。当基板530被固定在适当位置时，其直接位于盒室(本图中未示出)的上方，并且当盒适当地插入设备中并定位在指定区域时，每个加热元件541将直接位于每个微型阀的上方。加热元件541被配置成向微型阀的可热变形表面施加热能以使微型阀打开。在一些实施例中，加热元件541是电磁辐射发射器，其被配置成发射电磁辐射作为能量源。在一些另外的示例性实施例中，加热元件541是被配置成发射红外(IR)光作为热能源的IR发射器。

现在参考图16A，盒容纳单元410包括托盘411和轨道组件412。在所示的示例性实施例中，轨道组件412包含平坦的托盘盖1520(在一些实施例中也被称为托盘板)以及限定了部分包封的隔室的2个侧面1521。轨道组件412包含空间，该空间的体积大于托盘411的体积，以用于可滑动地容纳该托盘，使得当其中插入有微流体盒的托盘411滑动到对接位置时，该微流体盒位于指定区域处以进行反应和检测。在一些实施例中，轨道组件412固定地附接到便携式诊断设备400，并且被配置成容纳托盘411的至少两个边缘。

在所示的本示例性实施例中，一对可滑动轨道1510设置在彼此相对的侧面1521的内部上。在图16A中仅示出了一个轨道1510，但是应当理解，在侧面1521的内部的相对侧上存在另一个轨道。托盘411可以被锚固在该对轨道1510上。该对轨道1510将托盘411滑入或滑出如前所述的空间。

在一个示例性实施例中，轨道组件412进一步包含微型阀控制器盖1522，该微型阀控制器盖固定地附接到托盘盖1520的顶表面，以保持图15A和15B中的微型阀控制器421。在一些示例性实施例中，微型阀控制器盖1522可以是托盘盖1520的整体部分，而不是一个单独的部分。微型阀控制器盖1522提供了用于支撑微型阀控制器421的装置。在本示例性实施例中，通过将螺钉1523紧固到微型阀控制器421的螺帽510(如图15A中所示)中，使用三个螺钉1523来将微型阀控制器421牢固地安装在微型阀控制器盖1522的下面。在一个示例性实施例中，微型阀控制器盖1522形成从托盘盖1520的顶表面向上延伸的升高平台1525。升高平台1525具有某一形状，该形状包含的开口位于微型阀控制器421的插槽520上方，以允许连接到插槽的一个或多个电线通过。升高平台1525进一步包含开口，该开口在盒插入空间中并定位在设备中的指定区域处时位于附接在微流体盒(本图中未示出)上的2D码上方。该开口确保了当盒定位在设备中的指定区域处时，位于盒容纳单元410上方的标识单元470(如图14B中所示)能够直接访问和扫描附接在微流体盒上的2D码，以标识盒并自动选择待运行的程序。

现在参考图16B，其示出了图16A中的相同盒容纳单元410的另一个透视图。在一个示例性实施例中，托盘盖1520具有开口1524(部分示出)，以用于将微型阀控制器421容纳在其上。开口1524的尺寸大于或等于微流体盒的尺寸，并且被分成三个区域：第一区域1524A、第二区域1524B和第三区域1524C。在如图16B中示出的另一个示例性实施例中，第二区域1524B可以是单独的开口。微型阀控制器被定位成紧邻第一区域1524A，使得当微流体盒插入托盘411中并且将托盘411滑动到对接位置时，微流体盒上的微型阀被直接定位在微型阀控制器421的下面。如在图15B中所述，微型阀控制器421的每个加热元件541被直接定位在微流体盒的每个相对应的微型阀的上方，使得当盒插入设备中并且定位在指定部分时，热量可以被引导到微型阀。光学单元(本图中未示出)位于第二区域1524B的正上方，使得当微流体盒被放置在指定区域时，微流体盒的诊断部分直接位于光学单元的光源和相机的下面。

在一些示例性实施例中，盒容纳单元410进一步包含开关1526。在另一个示例性实施例中，该开关是微型开关。微型开关可以附接到轨道组件412的背面，并且电连接到电源单元(未示出)。当其中插入有微流体盒的托盘411通过轨道组件412滑动到对接位置时，微型开关自动激活。在激活之后，微型开关可以开启标识单元(未示出)以读取微流体盒的标识并自动选择待使用的程序。

图16C示出了图16A中的盒容纳单元410的托盘411的示意图。图16D示出了相同的托盘411但是其中插入有图11A中的微流体盒200的示意图。托盘411包含托盘片1540和盒室1530。在本实施例中，盒室1530被配置成矩形块的形状以容纳微流体盒200，使得微流体盒200位于指定区域。矩形块形状限定了一个平面和一个有些垂直于该平面的轴。在一个实施例中，微流体盒200和盒室1530被配置成使得微流体盒200可以牢固地装配到盒室1530和托盘411中仅有一种可能的方式，并且因此消除了以不期望的定向或位置插入微流体盒200的可能性。

托盘411用作进行以下操作的相同位置：(1)待以预定顺序运行的反应和(2)微流体盒的光学分析。在一个示例性实施例中，托盘411包含设置在托盘的盒室1530上的电连接器3211。电连接器3211被配置成如在图14B中所示从微型泵控制器422接收控制信号和电力，以通过向微流体盒200的微型泵提供电流来进行预定顺序。在一个示例性实施例中，当盒插入室1530中时，电连接器3211位于微流体盒200的下面。电连接器3211与盒200的电连接接口电连接，并且用作盒驱动器单元420驱动和控制盒200中的微型泵的接口。在另一个示例性实施例中，托盘411包含托盘411的盒室上的开口1543。开口1543被配置成使得其在盒插入并固定在室1530中时直接位于盒200的诊断部分210的下面，以使光在进行光学分析时通过诊断部分210。单托盘系统通过设计消除了人为错误的可能性。

在一个示例性实施例中，托盘411进一步包含锚固系统，以确保在微流体盒200插入托盘411中时将其固定在托盘中。在一个示例性实施例中，锚固系统由设置在托盘片1540上的至少一个盒夹1541组成。在另一个示例性实施例中，锚固系统由两个彼此正交定位的盒夹1541和1542组成。一旦将微流体盒200插入托盘411中，这两个夹子一起工作以限制其移动。较少的移动意味着生物测定物的可能位置的变化较小，因此增加了检测准确性和精确度。额外的盒夹的加入将公差降低到0.1mm，并且由于生物测定物位置的变化被最大程度地减少而实现了更准确的检测。在一个示例性实施例中，托盘411进一步包含设置在托盘片1540上的至少一个托盘夹1544，以在托盘在轨道组件412的腔中滑动时固定托盘的位置(如图16A中所示)。

现在参考图17，光学单元430包括照明组件1610和传感器组件1620。在一些实施例中，照明组件1610包含至少一个光源1611和光管1612。在一些实施例中，光学单元430进一步包含一个或多个滤光片1613。在一些示例性实施例中，一个或多个滤光片1613含在滤光片盒子(cube)中。在一个示例性实施例中，传感器组件1620包含位于光学单元430的顶部的相机1621、位于相机1621下面的相机透镜1622和至少一个物镜1623。在一些示例性实施例中，光学单元430进一步包含位于相机1621和相机透镜1622之间以连接这两个组件的相机底安装座1624。在一些示例性实施例中，光学单元430进一步包含滤光片安装座1625，其被配置成连接相机透镜1622、一个或多个滤光片1613和物镜1623。在一个示例性实施例中，滤光片安装座1625被成形为包含腔，以容纳一个或多个滤光片1613，使得可以将一个或多个滤光片1613牢固地装配在滤光片安装座1625内。滤光片安装座1625进一步包含位于顶部以连接相机透镜1622和一个或多个滤光片1613的开口、位于侧面以连接光管1612和一个或多个滤光片1613的开口以及位于底部以连接物镜1623和一个或多个滤光片1613的开口。在一些示例性实施例中，光学单元430进一步包含盒子前部1614，该盒子前部被配置成连接照明组件1610和滤光片安装座1625，使得来自光源1611的光可以以固定角度进入一个或多个滤光片1613。在一些示例性实施例中，光学单元430进一步包含被配置成容纳并固定物镜1623的物镜盖1626。在一些示例性实施例中，设备进一步包含一个或多个立架1627，其用作支架以在所有组件组装在一起时支撑光学单元430的结构。立架1627还用作支架，使得光学单元430和盒容纳单元410(如图16A中所示)以图18中进一步描述的配置牢固地安装在立架上。

当如图16D中示出(但未在本图中未示出)的其中插入有微流体盒200的托盘411处于设备中的其对接位置时，微流体盒200的诊断部分210直接位于光学单元430的下方以进行检查。照明组件1610和传感器组件1620被安装成指向微流体盒的诊断部分。在图18中提供了该布置的进一步描述。照明组件1610被配置成将光传送到微流体盒的诊断部分210，并且传感器组件1620被配置成在微流体盒插入并以预定条件操作时检测由于分析物的存在由诊断部分生成的至少一个信号。光学单元430可以用于现场分析物分析/检测。在一些实施例中，该设备可以包含一个或多个光学单元430。光学单元430可以获取样品的图像或信号。光学单元可以将所获取的信号发送到控制单元以将所获取的信号转换成有意义的值。

在一些示例性实施例中，光源1611可以是单色或多色激光器或LED。光源1611应足够强以激发荧光团。在一个示例性实施例中，光源1611是LED。在一些示例性实施例中，光源1611可以是具有蓝色或红色LED颜色的高亮度LED射灯。在一些示例性实施例中，与使用蓝色、绿色或其它颜色相比，使用具有红色LED颜色的LED射灯是有利的，例如有利于减少微流体盒(未示出)的自发荧光。来自光源1611的红光可以用透镜和/或滤光片1613准直以过滤适当的波长，由镜反射并聚焦到微流体盒的诊断部分上，并用检测器(例如，CCD相机)成像。红色激发光可以激发诊断部分上的反应样品中存在的红色激发荧光团。在一些示例性实施例中，可以使用其它红色激发荧光团。

在另一个示例性实施例中，照明组件1610包括光源1611，例如二极管激光器，其在微流体盒200上辐射具有至少一个预定波长的至少一个激光光束，以生成至少一个信号。激光光束的预定波长被选择成使得可以生成至少一个可由传感器组件1620检测到的信号。在一个示例性实施例中，用户可以通过控制单元(本图中未示出)选择/控制激光光束的强度和波长，以检测特定的分析物。激光光束以某一角度转向微流体盒，从而避免反射并生成更高质量的信号。预定波长例如在465到500nm、400到700nm、430到465nm、500到550nm、550到580nm、580到620nm或620到700nm的范围内。

在一个示例性实施例中，光源1611包括均匀地释放光的光管1612。光管1612被配置成使得其在盒定位在指定区域时将光引导到其它光学组件并且有助于将光束聚焦到微流体盒的诊断部分上的生物测定物上。当盒定位在指定区域以进行反应和分析时，光管1612与位于微流体盒上的特定位置的诊断部分上的生物测定物对准。在一个示例性实施例中，照明组件430可以进一步包含如实例1中所述的至少一个聚光透镜(未示出)，使得来自光源1611的光的聚焦被优化。

在一个实施例中，光学单元430可以包含一个或多个光源、一个或多个透镜、一个或多个二向色镜、一个或多个传感器、一个或多个发射滤光片和/或一个或多个激发滤光片。

当如图16D中示出(但未在本图中未示出)的其中插入有微流体盒200的托盘411处于设备中的其对接位置时，微流体盒200位于传感器组件1620和照明组件1610的下面。传感器组件1620接收来自微流体盒的诊断部分的信号，该信号是通过照明组件1610在诊断部分上辐射光束而生成的。然后，将所接收的信号发送到控制单元(未示出)以进行分析。

传感器组件1620可以在其检测的波长范围内具有高量子效率。在一个示例性实施例中，传感器组件430的相机1621可以是电荷偶联装置(CCD)或任何其它合适的相机。在一个示例性实施例中，相机1621是具有2/3型(对角线为11.0mm)CCD传感器的近红外优化相机。

传感器组件1620的相机透镜1622可以是任何合适的相机1621的透镜或更高质量的透镜，例如显微镜级透镜，这取决于所使用的免疫测定的类型。在一个示例性实施例中，由于生物测定物在物理上很小，因此相机透镜1622负责协助相机1621聚焦在生物测定物上。在一个示例性实施例中，相机透镜1622是C卡口透镜。在一些实施例中，C卡口透镜位于相机1621和物镜1623之间。在一些示例性实施例中，C卡口透镜牢固地附接到相机1621。在一个示例性实施例中，C卡口透镜的有效焦距为20-30mm。

在一个示例性实施例中，光学单元430包含一个或多个滤光片1613。一个或多个滤光片1613可以用于滤除从光源产生的具有不希望的波长的任何光和相机所拾取的信号中的任何不期望的噪声。

取决于所使用的光源1611和荧光团，可以使用一个或一个以上滤光片1613。照明组件1610连接到滤光片1613。在一个示例性实施例中，相机1621连接到相机透镜1622，并且这两个组件连接到一个或多个滤光片1613。一个或多个滤光片1613被安装并对准在相机透镜1622和物镜1623之间。这种与一个或多个滤光片1613的连接允许任何不期望的信号(例如，噪声，其通常具有不同的波长，由生物测定物或者任何不期望的反应产生)被过滤，并且因此将对真实信号的不希望的干扰降至最低。在一个示例性实施例中，一个或多个滤光片1613还以某一角度连接到光管1612，这有助于将过滤后的光束聚焦到生物测定物上。在另一个示例性实施例中，该角度是0度。在又一个示例性实施例中，该角度在1度到50度之间。在一个示例性实施例中，一个或多个滤光片1613是含有一个或多个二向色滤光片、一个或多个发射滤光片以及一个或多个激发滤光片的滤光片组。在一个示例性实施例中，滤光片组被配置成改变光路，使得当微流体盒定位在指定区域时，由光源1611生成的光可以被引导成垂直于盒室的轴照射微流体盒的诊断部分。

在一个示例性实施例中，使用了用于CY5荧光素的荧光滤光片组。在另一个示例性实施例中，用于CY5荧光素的荧光滤光片组具有如下示出的规格：

激发带(nm)：600-650

发射带(nm)：670-710

二向色反射带(nm)：550-650

跨频带(nm)：650-800

在一些示例性实施例中，光学单元430提供波长在400nm到700nm范围内的过滤后的光束。在另一个示例性实施例中，光学单元430提供波长在600nm到650nm范围内的过滤后的光束。

在一个示例性实施例中，传感器组件1620的物镜1623是平面消色差物镜，4倍放大率，有效焦距为45-55nm，并且镀膜覆盖从UV到NIR的波长。

图17还示出了如图14B中示出的便携式诊断设备400的标识单元470。标识单元470被配置成读取微流体盒(本图中未示出)的标识并且将相对应的标识信号传输到控制单元(未示出)。在一些示例性实施例中，标识单元470包括读取器1632，该读取器被配置成读取微流体盒的标识。在一些示例性实施例中，标识单元470附接或固定到光学单元430上。在如图17中示出的一个示例性实施例中，标识单元470进一步包含读取器安装座1631，以容纳读取器1632并将读取器附接到光学单元430的支架上。读取器1632位于将放置微流体盒的指定区域的正上方，并且指向微流体盒。

在一个示例性实施例中，读取器1632是条形码读取器。条形码读取器可以读取附接或固定在微流体盒上的2D条形码。在一个示例性实施例中，条形码附接或固定到微流体盒上(参见图11A)。在另一个示例性实施例中，二维(2D)码附接或固定到微流体盒上。结合了微流体盒的标识、待测试的分析物或疾病、芯片的有效期的2D码在制造过程期间被放置在微流体盒上。在微流体盒插入托盘中之后，条形码读取器被激活，并且条形码读取器自动扫描2D码。该软件可以基于2D码自动选择正确的程序来使用。本特征消除了手动选择脉冲程序的需要，从而使设计更具用户友好性并且更不容易出现人为错误。在一个示例性实施例中，该软件还可以标识先前已经使用过的或有缺陷的微流体盒。该软件在屏幕上显示警告消息，并且不会继续执行该程序。

现在参考图18，如图14B中示出的便携式诊断设备400的光学单元430、标识单元470、盒驱动单元420的微型阀控制器421和盒容纳单元410中的组件被布置成使得形成紧凑的集成组合件480。这种紧凑的设计产生了更小、更轻的诊断系统。诊断系统应足够小且足够轻，以便在需要时可以在诊所之间移动。在一个示例性实施例中，本发明足够小且足够轻，以便随身携带到国内航班上。在一个示例性实施例中，设备的尺寸为大约30x30x30cm³，重量为大约5-6kg。

图18示出了在组合件480中集成在一起的单元之间的配置和空间关系。每个单元中的组件的空间布置在前面进行了描述。在一个示例性实施例中，相机1621和其上安装的相机透镜1622位于轨道组件的靠近开口1524的第二区域1524B(本图中未示出，但是在图16A中示出)的一侧上并且与盒室的该平面轴向对准。在本图中，它在组合件480的顶部示出。这两个组件连接到装配在滤光片安装座1625中的一个或多个滤光片(未示出)。滤光片被安装并光学对准在定位在滤光片安装座1625下面的相机透镜1622和物镜1623之间。照明组件1610的光管1612也附接到滤光片安装座1625侧面的开口，并且光学对准以垂直于盒室的轴在轨道组件412的与相机透镜相同的一侧上照明。当由光源1611生成的光束进入一个或多个滤光片时，一个或多个滤光片仅允许具有特定波长或波长范围的光通过并到达生物测定物并滤除具有不希望的波长的光。在本实施例中，盒容纳单元410的轨道组件412位于光学单元430的物镜1623的下面。在一个实施例中，光学单元430和轨道组件412被牢固地安装在位于组合件480的相对侧的两个支架1627上，使得它们作为设备中的整体部分保持在一起。每个支架1627具有从轨道组件412的底部延伸到相机1621的一段，并且被成形为适合于光学单元430和盒容纳单元410以在所有组件组装在一起时支撑组合件480的结构。在一个示例性实施例中，通过安装在两个支架1627上来将其上安装有读取器1632的标识单元470的读取器安装座1631附接到光学单元430的支架上，并且使其与开口1524的第三区域1524C对准。在本实施例中，读取器1632位于盒容纳单元410上方并指向将放置微流体盒(未示出)的指定区域，以扫描附接在微流体盒上的代码。

在所示出的本示例性实施例中，盒容纳单元410的轨道组件412、微流体盒驱动器单元420、光学单元430和标识单元470以某一配置安装在壳体内，使得当微流体盒插入设备中时，存在用于容纳微流体盒的空间。在本示例性实施例中，当微流体盒插入托盘411中并且将托盘411滑动到对接位置时，微流体盒被定位在空间的指定区域中。该空间包括一个或多个微型阀位置和一个或多个微型泵位置。如图所示，微型阀控制器421牢固地安装在轨道组件412上，并且与插入该空间中的微流体盒的微型阀并排定位，使得微型阀控制器421的加热元件对应于微型阀的位置。照明组件1610和传感器组件1620与盒室的平面轴向对准，并且被安装成直接指向微流体盒的诊断部分。开口1524确保微流体盒的诊断部分直接位于光学单元430的相机透镜1623的下面以进行检查。传感器组件1620接收来自微流体盒的诊断部分的信号，该信号是通过照明组件1610在诊断部分上辐射光束而生成的。在一个实施例中，可以将所接收的信号发送到控制单元(未示出)以进行分析。

在一些示例性实施例中，组合件480进一步包含开关1526(本图中未示出，但是在图16B中示出)。在另一个示例性实施例中，开关1526是微型开关。微型开关可以附接到轨道组件412的背面，并且电连接到电源单元(未示出)。当其中插入有微流体盒的托盘411通过轨道组件412滑动到对接位置时，微型开关自动激活。在激活之后，微型开关可以开启读取器1632以读取微流体盒200的标识并自动选择待使用的程序。

下面描述了与设备的组合件480相关联的事件：

S1.用户将微流体盒放入托盘411的盒室中。

S2.用户在轨道组件412的引导下将托盘411推入设备。

S3.当托盘411被推入并固定在对接位置时，开关1526被激活。

S4.开关1526开启条形码读取器1632。

S5.读取器1632读取打印或附接在微流体盒上的代码。

S6.该代码含有微流体盒的标识，其提示控制单元的软件自动选择与本微流体盒相关联的程序。

S7.一旦软件选择了正确的程序，微型阀控制器421和微型泵控制器(本图中未示出)就会协同操作以致动流体以预定顺序从储池流动到诊断部分。

S8.一旦反应在诊断部分中完成，照明组件1610就被激活，并且通过由光源1611生成的光束激发生物测定物。

S9.传感器组件1620捕捉光学图像，并且通过软件对图像进行分析。

S10.结果显示在屏幕上，以供用户查看。无需人工解释。

在一个示例性实施例中，当微流体盒插入其中时的诊断设备的操作在图19中示出并且在下面详细描述：

框1810指出，通过打开密封微流体盒的储池的微型阀并致动微流体盒中的微型泵，在微流体盒内以预定顺序将样品和一种或多种试剂从微流体部分引导到诊断部分。

在一些示例性实施例中，预定顺序包含散布分析物步骤。在散布分析物步骤中，流体(例如，样品、一种或多种缓冲液和一种或多种试剂)按顺序离开通道开口，从而跨诊断室散布，并且这些流体与诊断芯片直接接触。样品、一种或多种缓冲液和一种或多种试剂散布的区域覆盖了检测点阵列所位于的位置，使得一种或多种分析物可以与预涂覆在检测点上的分析物相互作用分子反应/相互作用。在一个示例性实施例中，散布分析物步骤可以进一步包含以下步骤：进一步驱动微流体盒通过流动通过微通道到达诊断部分来散布位于一个储池处的第二辅助试剂，从而附接第二分子，以促进样品和试剂散布在检测点阵列上之后的反应或相互作用的分析物的检测。在又一个示例性实施例中，预涂覆的分析物已经结合到某一分子，该分子用于在无需第二分子的情况下检测分析物。该分子可以是可以生成荧光信号或其它检测信号以进行后续分析步骤的分子。

在一个示例性实施例中，盒驱动单元的微型泵控制器生成特定的电脉冲顺序，并且电脉冲顺序经由位于托盘底部的电连接器通过微流体盒。本电脉冲顺序可以驱动微型泵促进微流体盒内的流体移动。同时，微型阀控制器从盒驱动器单元接收信号，以将热能施加到微流体盒上的特定微型阀位置，从而使微型阀打开。微型阀控制器和微型泵控制器协同操作，以将微流体盒中的样品或试剂从其储池驱出，并将它们以预定顺序推入诊断部分。

在一个示例性实施例中，设备的控制单元包含微流体盒驱动器软件模块，以控制流体致动。微流体盒驱动器软件模块被设计成指示盒驱动器单元控制电流以及将此电流传送到微流体盒的微型泵的时间。电流越高和/或传送此电流的时间越长，然后可以从储池泵送的流体就越多。

微流体盒驱动器软件模块还被设计成指示盒驱动器单元控制电流以及将此电流传送到微型阀控制器的时间，该微型阀控制器通过将热能发射到微型阀的表面上以使微型阀膨胀来控制微型阀的打开。

框1820指出，向微流体盒的诊断部分提供预定条件以生成至少一个信号。

在一个示例性实施例中，预定条件包含分析步骤。微流体盒的诊断部分位于光学传感器的下面，并且在散布分析物步骤之后没有与微流体盒分离。在从控制单元接收起动信号之后，来自光学单元的照明组件的光束(例如，激光光束)被过滤并被引导到诊断部分上以生成至少一个可由传感器组件检测到的信号(如果样品含有分析物)。在一个实施例中，该至少一个信号包含荧光信号，该荧光信号在诊断部分被适当波长的适当光照射时生成。框1830指出，检测该至少一个信号并使用光学传感器收集数据。

在一个示例性实施例中，如上所述的信号(例如，荧光信号)由光学单元的一个或多个滤光片过滤并由位于诊断部分上方的光学单元的传感器组件收集。一个或多个滤光片用于滤除传感器组件的相机所拾取的信号中的任何不期望的噪声。

框1840指出，分析数据以定量地和/或定性地确定分析物的存在。

在一个示例性实施例中，所收集的信号将被转换成数字数据，该数字数据然后将被转移到控制单元的微处理器并由其进行分析，以定量地或定性地确定分析物的存在。在一个示例性实施例中，结果将在相对较短的时间内显示在设备的显示单元上。整个过程时间(即，从将微流体盒插入设备到显示结果)仅需10-25分钟。在又一个示例性实施例中，整个过程时间仅需约15分钟。

在一个示例性实施例中，本发明已被设计成具有最小人为参与，这最大程度地减少了人为错误的可能性。将所有试剂预装载到微流体盒中并密封后，只有样品室入口是暴露的，并且是应该装载样品的唯一明显入口。这种设计最大程度地减少了用户将样品装载到错误室的可能性。当微流体盒插入设备中时，条形码读取器扫描微流体盒上的数据矩阵，并且或者拒绝盒(在其已经使用的情况下)，或者接受微流体盒并自动选择正确的测试程序。本特点防止任何用过的微流体盒被意外地重复使用，并且防止用户在诊断平台上选择测试程序时犯错。诊断平台中嵌入的软件分析测试结果并将其在屏幕上显示，这消除了在读取结果时人为误解的任何可能性。

实例10

具有智能功能的设备

现在参考图20，一方面提供了一种便携式诊断设备2010，其进一步包含可拆卸的智能装置2012，该智能装置任选地与便携式诊断设备2010连接并通信，以获得某一位置中的患病率信息(如图10B中所示)，其中智能装置2012包括

用于获取环境数据的环境测量模块2013，其中环境数据包括该位置处的至少一个环境参数；

用于存储原始数据的数据存储模块2016，其中原始数据包括环境数据和诊断数据中的一种或多种；

用于将原始数据传输到远程服务器的传输器2015；和

电池2014。

便携式诊断设备2010可以用于收集不同类型的诊断数据。诊断数据可以包含疾病类型、疾病严重程度、病毒载量、病原体或过敏原的存在与否或血球计数。诊断数据的实例包含但不限于与以下相关联的数据：(1)动物疾病，例如猪繁殖与呼吸综合征(PRRS)、牛口蹄疫(FMD)、经典猪瘟(CSFV)感染和牛海绵状脑病(BSE)传染病)、(2)食品安全性(例如，食物过敏原(例如，花生、海鲜)、黄曲霉毒素和三聚氰胺的检测)和(3)人类疾病，例如传染病(例如，性传播疾病(STD)、中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)和流感病毒感染)、热带疾病(例如，登革病毒和日本脑炎病毒感染)以及属于其病理途径中的抗原/抗体免疫机制的新出现的传染性疾病)、甲型流感、乙型流感、RSV、HPIV、腺病毒、登革、基孔肯雅、寨卡、疟疾、钩端螺旋体病、弓形虫病、犬瘟热病毒Ab、犬细小病毒Ab或心丝虫。

在其它实施例中，便携式诊断设备2010可以测量设备数据，其中设备数据是机器信息或操作状态。在一些实施例中，机器信息选自由以下组成的群组：型号、机器标识、机器、硬件版本、软件版本、原始购买国家和所有者。在其它实施例中，操作状态选自由以下组成的群组：错误代码、系统电压、总操作小时数和测试总数。

根据另一个实施例，智能装置2012包括用于获取环境数据的环境测量模块2013，其中环境数据包括该位置处的至少一个环境参数。在一些实施例中，环境数据选自定位数据、湿度、温度、大气压力、时间和空气质量(AQI、花粉计数等)。在一些实施例中，定位数据是全球位置并且由全球定位卫星(GPS)获取。在一些实施例中，环境数据选自定位数据、湿度、温度和时间。

在一些实施例中，环境测量模块2013、传输器2015和数据存储模块2016一起形成智能装置2012，该智能装置可以任选地连接到便携式诊断设备2010和远程服务器2020并与其通信。在一些实施例中，智能装置2012是可拆卸的。智能装置2012可以是任何尺寸，但是在某些实施例中，它比设备小并且可以装配在设备内部。在一些实施例中，可拆卸的智能装置可以被放入外壳中。

根据其它实施例，智能装置2012进一步包括电池2014。在一些实施例中，电池是可充电的，并且可以在不充电的情况下工作30天。在其它实施例中，传输器2015是无线传输器。

仍然参考图20，本发明的另一方面提供了一种用于管理便携式诊断设备2010的网络并且获得患病率信息的系统2040，这些便携式诊断设备各自与可拆卸的智能装置2012连接并通信，该系统包括至少一个用户终端2030以及包括用于收集并存储原始数据的数据模块2021的服务器2020，其中原始数据包括以下中的一种或多种：

使用便携式诊断设备2010在某一位置处获得的诊断数据，其中该诊断数据包括受试者的至少一个生化或病理学测量值，

环境数据，

从便携式诊断设备2010获得的设备数据，和

用于分析原始数据的数据模块

其中服务器2020连接到用户终端2030和可拆卸的智能装置2012。

在一些实施例中，使用环境测量模块2013在该位置处获得环境数据，其中环境数据包括至少一个环境参数。在其它实施例中，环境数据是从第三方源获得的，例如从环境测量装置或从关于该位置处的环境的公共记录(例如，本地新闻源、气象台报告或互联网)获得。环境测量装置的实例包含但不限于用于测量湿度、温度、空气速度、空气压力、光、灰尘、声音和振动中的一种或多种的装置。

在一些实施例中，系统2040包括多个便携式诊断设备2010。在一些实施例中，系统2040包括至少2个、5个、10个、100个、1000个、10,000个便携式诊断设备2010。在一些实施例中，该系统包括2-50个、10-100个、50-500个或100-1000个便携式诊断设备2010。

在一些方面，服务器2020是基于云的平台。在某些实施例中，服务器2020无线地连接到用户终端2030和便携式诊断设备2010。在一些实施例中，服务器2020进一步包括软件更新模块(未示出)，以将软件传输到便携式诊断设备2010。这可以包含含有诊断测试协议更新的软件、固件更新和其它类型的软件更新。在一些方面，服务器2020可以以远程技术支持的形式发送针对用户面临的问题的解决方案。例如，由服务器2020接收的机器操作数据或环境数据指示该设备存在某些问题，服务器2020可以发送信息或实际软件更新以解决这些问题。

根据另一个实施例，用于分析原始数据的数据模块2022进行以下步骤中的一个或多个：

收集原始数据；

对原始数据进行分析以提供结果；并将结果传输到用户终端2030。

在一些实施例中，数据模块2022位于服务器2020上。在其它实施例中，可以在另一个服务器、计算机上或在单独的系统中进行数据分析。

在一些实施例中，分析可以是数据库的创建、统计分析、分析原始数据(例如，机器操作数据或环境数据)以确定机器错误的原因、数学模型的创建、对当前趋势的分析、相关性数据以及将患病率映射到特定位置。

根据另一个实施例，数据模块提供以下结果中的一个或多个：

在地图上显示的不同位置处的患病率；

一段时间内的患病率；

特定位置中的疾病的严重程度；

远程技术支持；和

远程软件更新。

另外，还可以确定环境条件和设备状态之间的相关性，例如分析是否由于设备暴露于异常环境温度(例如，高热量)或湿度水平(高湿度)(通过环境测量模块2013测量)而出现一个或多个错误代码。在另一个示例性实施例中，可以对数据进行其它类型的分析，包含但不限于环境条件与疾病暴发、疾病关联性、趋势、模式、患病率和迁移之间的相关性。

根据另一个实施例，数据模块2021进一步包括对原始数据和结果的一个或多个访问控制。在一些实施例中，访问控制选自密码或安全码，其中可以实现不同级别的安全性。可以使用本领域技术人员已知的其它类型的访问控制，包含但不限于将访问控制并入另一个物理装置(例如，移动装置)中，并使用技术(例如，密码、面部识别、指纹标识、2阶乘认证、数字小键盘或物理键)在其中并入访问控制。在一些实施例中，便携式诊断设备2010每小时将原始数据传输到服务器2020一次。在一些实施例中，当便携式诊断设备2010未连接到外部电源时，便携式诊断设备2010将原始数据传输到服务器2020。

根据另一个实施例，系统2040包括至少一个用户终端2030或用户接口(未示出)。在一些实施例中，用户终端2030或接口是计算机或移动装置。在一些实施例中，移动装置具有无线网络功能并且无线地连接到服务器。在一些实施例中，通过以下无线技术(包含但不限于卫星、蓝牙、无线电、Wi-Fi、无线宽带或蜂窝(例如，2G、3G、4G、5G))中的一种或多种来进行无线通信。在一些实施例中，移动装置进一步包括用于显示数据模块(例如，移动应用)的结果的接口。

根据另一个实施例，系统2040包括多个便携式诊断设备2010、多个用户终端2030和至少一个服务器2020。

本发明的另一方面提供了如图21中示出的一种获得某一位置中的患病率信息的方法，并且在下面对其进行详细说明：

框2110指出，使用便携式诊断设备在该位置处获得诊断数据或样品，其中该诊断数据包括受试者的至少一个生化或病理学测量值。

框2120指出，获得环境数据。

框2130指出，将诊断数据和环境数据传输到服务器。

框2140指出，在服务器中，收集并存储多个位置中的多个受试者的诊断数据和环境数据，以形成数据库。

框2150指出，分析数据库中的受试者或位置的患病率或环境信息。

一些实施例进一步包括如图22中示出的以下步骤中的一个或多个，并且在下面对其进行详细说明：

框2210指出，获得该位置处的原始数据并将其存储在数据存储模块上。

框2220指出，将原始数据从数据存储模块传输到服务器。

框2230指出，在服务器中，收集并存储来自多个位置中的多个受试者的多个原始数据，以形成数据库。

框2240指出，分析数据库以提供结果，其中结果提供患病率信息。

原始数据包括以下中的一种或多种：

使用便携式诊断设备在某一位置处获得的诊断数据，其中该诊断数据包括受试者的至少一个生化或病理学测量值。

环境数据。

从设备获得的设备数据。

在一些实施例中，便携式诊断设备是本文所述的设备。在一些实施例中，使用环境测量模块在该位置处获得环境数据，其中环境数据包括至少一个环境参数。在其它实施例中，环境数据是针对第三方源获得的，例如从环境测量装置或从关于该位置处的环境的公共信息(例如，本地新闻源、气象台报告或互联网)获得。环境测量装置的实例包含但不限于用于测量湿度、温度、空气速度、空气压力、光、灰尘、声音和振动中的一种或多种的装置。在一些实施例中，环境测量装置包含用于测量定位数据的装置，例如GPS(全球定位系统)。

在一些实施例中，系统根据访问权限授权用户对原始数据、数据库和结果的访问。

一些实施例进一步包括将软件从服务器传输到设备的步骤。在一些实施例中，即使当设备未连接到外部电源时，原始数据也每小时传输到服务器一次。

图23是示出了根据本发明的一个实施例的系统的各个组件的信息和数据流的流程图。该系统包含便携式诊断设备2010、智能装置2012、服务器2020以及经由用户接口或终端与系统交互的一个或多个系统用户。

便携式诊断设备2010记录原始数据(例如，机器标识、操作状态和诊断数据)并将原始数据发送到智能装置2012。智能装置2012接收原始数据，记录环境数据，并将原始数据和环境数据传输到服务器2020。

服务器2020接收并存储从智能装置2012接收的原始数据和环境数据。如果便携式诊断设备2010连接到网络，则服务器2020还可以直接从便携式诊断设备2010接收并存储原始数据。服务器2020经由网络或经由智能装置2012将更新软件发送到便携式诊断设备2010。服务器2020在不使用单独的网络(例如，Wi-Fi或蜂窝连接)的情况下将更新软件直接发送到智能装置2012。服务器2020根据用户的访问权限控制数据和统计信息的访问。

服务器2020还分析来自智能装置2012、便携式诊断设备2010以及甚至第三方源的数据，以进行数据分析并创建结果，例如统计信息、患病率分析、疾病趋势和其它报告。

不同类型的用户可以访问服务器2020。超级用户2304具有完全控制权，并且可以管理多个设备和智能装置的软件更新。它还可以控制个人用户对服务器2020的访问权限。个人用户2305可以根据他们的个人用户权限来访问数据和结果。

图24是智能装置2012和与其交互的单元(即，便携式诊断设备2010和服务器2020)的组合件的示意图。智能装置2012包括处理器2401、数据存储模块2408、湿度传感器2402、温度传感器2403、GPS 2404、连接端口2405、连接端口2406和无线模块2407。

处理器2401连接到数据存储模块2408、湿度传感器2402、温度传感器2403、GPS2404、连接端口2405和无线模块2407。处理器2401从湿度传感器2402、温度传感器2403和GPS 2404收集数据，并且还经由连接端口2405从便携式诊断设备2010收集原始数据和机器数据。由处理器2401收集的数据被存储在数据存储模块2408中。处理器2401可以经由无线模块2407将数据直接发送到服务器2020以进行进一步分析。无线模块2407由Wi-Fi模块以及蜂窝模块(例如，4G)组成。在另一个示例性实施例中，处理器2401还可以分析所有数据。

电池2409经由连接端口2406连接到处理器2401，并且提供电力以运行处理器2401并实现向服务器2020无线传输数据。

因此，充分描述了本发明的示例性实施例。尽管描述涉及特定实施例，但是对于本领域的技术人员将清楚的是，可以通过改变这些具体细节来实践本发明。因此，本发明不应被解释为限于本文阐述的实施例。

例如，该设备可以进一步包含至少一个USB端口或任何其它数据通信装置，以允许通用数据转移通信协议的操作。显示单元配备在设备中用于人机接口。显示单元450是高分辨率彩色显示器，其可以是液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)或其它种类的显示器。显示单元可以与触摸屏面板结合在一起；因此，它可以接收来自人手指触摸的命令。显示单元任选地与控制单元440连接。然而，其显示所显示内容的方式是通过图形用户接口进行的。

可以使用的示例性微流体芯片可以是德国专利申请号DE102010061910.8、DE102010061909.4、DE102014117976A1和DE502007004366.4中公开的微流体芯片。

在又一个替代实施例中，代替使用至少一个光束，可以使用至少一个激光光束来生成至少一个信号以供分析。在本替代实施例中，照明组件1610在诊断部分210上发射具有至少一个预定波长的至少一个激光光束。照明组件1610包括二极管激光器、至少一个滤光片和至少一个二向色镜。

在另一个实施例中，照明组件1610可以具有一个以上二极管激光器或一个以上LED。

在又一个实施例中，光学单元430的相机1621可以是数字高分辨率相机，其中传感器选自以下的群组：互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器和电荷偶联装置(CCD)传感器。数字高分辨率相机的图像传感器的兆像素数在1.0兆像素到30兆像素的范围内。

在又一个实施例中，便携式诊断设备400可以包含多个盒驱动器单元420、多个盒容纳单元410和多个光学单元430，使得可以同时运行多个分析/诊断。尽管我们已经描述了本发明的多个实施例，但是应该理解，可以改变这些实例以提供本发明的其它实施例。因此，本发明的范围应由以下权利要求而不是由本文提供的具体实施例来限定。